新形勢下磁性元件的機遇與挑戰.pdf

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1、新形勢新形勢下磁性元件的機遇與挑戰下磁性元件的機遇與挑戰 楊玉崗楊玉崗 （ ）中國電源學會磁技術專委會中國電源學會磁技術專委會 內內 容容 提提 要要 新形勢新形勢下磁性元件的市場機遇下磁性元件的市場機遇 新新形勢形勢下磁性元件的技術挑戰下磁性元件的技術挑戰 新形勢下電子變壓器的新形勢下電子變壓器的市場機遇市場機遇 汽車產業是國民經濟的戰略性支柱產業，是新一輪科技革命和產業變革的重要載體。習近平總書記強調：要成為制造業強國，就要做汽車強國，發展新能源汽車是我國從“汽車大國”邁向“汽車強國”的必由之路。2024年上半年(工信部副部長辛國斌，2024年7月12日)：1 1、新能源、新能源汽車中汽車

2、中的磁性元件的磁性元件 汽車銷售1404.7萬輛，同比增長6.1%。新能源汽車銷量同比增長32%，占汽車新車總銷量的35.2%，比去年同期提升6.9%。24年新能源汽車滲透率：7月51%，8月53%。20個城市啟動“車路云一體化”試點，9個企業開展智能網聯汽車生產準入和上路通行試點，組合輔助駕駛功能的汽車銷售占比超過50%，智能化發展開啟了新征程。1 1、新能源、新能源汽車中汽車中的磁性元件的磁性元件 新能源車中OBC模塊、DC/DC模塊、電驅電控模塊中都用到磁性元件，總價在500-700元。大比特產業研究室 新能源汽車中的磁性新能源汽車中的磁性元件市場規模元件市場規模 2023年，國內新能源

3、汽車領域的磁性元件市場規模133億元；預計2025年達到188億元。新能源汽車中新能源汽車中的磁性元件技術研修班的磁性元件技術研修班 本課程旨在探討新能源汽車中磁性材料電氣和損耗特性及其應用技術、電磁兼容性設計、磁性元件最新設計方法、無線電能傳輸技術、新型器件應用技術、電力電子變壓器設計應用以及2024-2030年磁性元件發展新動能。2 2、充電樁電源模塊中、充電樁電源模塊中的磁性元件的磁性元件 15kW電源模塊中的磁性元件 30kW電源模塊中的磁性元件 2025年預計新增充電樁764萬臺，充電樁保有量1969萬臺。預測未來充電就像加油一樣，在10分鐘內完成，需要480-500kW的超級快充電

4、樁；目前30kW充電樁電源模塊的價格為3500-4000元，其中磁性元件價格700元，一個480kW的超級充電樁，磁性元件價格在1.1萬元。未來全國將有3萬個充電站點，以每個站點12-16臺充電樁計算，充電樁中的磁性元件市場規模在40-53億元。充電樁電源模塊中的磁性元件市場前景充電樁電源模塊中的磁性元件市場前景 光伏和光熱發電的市場機遇光伏和光熱發電的市場機遇 3 3、光伏逆變器中的磁性元件、光伏逆變器中的磁性元件 光光伏發電系統結構伏發電系統結構及及磁性元件磁性元件 磁性磁性元件主要用于光伏發電系統中的逆變器模塊，以大功率為主。元件主要用于光伏發電系統中的逆變器模塊，以大功率為主。光伏逆變

5、器中的電子變壓器光伏逆變器中的電子變壓器 5kW5kW光伏逆變器中磁性光伏逆變器中磁性元件的平均價值：元件的平均價值：200200-500500元。元。20kW20kW光伏逆變器中磁性元件的平均價值：光伏逆變器中磁性元件的平均價值：800800-10001000元。元。250kW250kW光伏逆變器中磁性元件的平均價值：光伏逆變器中磁性元件的平均價值：1.01.0-1.251.25萬元。萬元。全球光伏逆變器中的磁性元件市場預測全球光伏逆變器中的磁性元件市場預測 20252025年全球光伏逆變器市場年全球光伏逆變器市場10001000億元。億元?？紤]原材料上漲因數，未來磁性元件占光伏逆變器成本考

6、慮原材料上漲因數，未來磁性元件占光伏逆變器成本17%17%。全球光伏逆變器的磁性元件市場規模，全球光伏逆變器的磁性元件市場規模，20222022年達到年達到100100億元，億元，20252025年年160160億元。億元。2021 2022 2023 2024 2025 全球光伏逆變器總需求量（GW）170 240 300 350 400 全球集中式光伏逆變器需求量（GW）68 104 120 140 204 全球組串式光伏逆變器需求量（GW）102 136 180 210 196 全球集中式光伏逆變器平均價格（元/W）0.21 0.21 0.2 0.2 0.2 全球組串式光伏逆變器平均價格

7、（元/W）0.31 0.3 0.29 0.28 0.27 全球光伏逆變器市場規模（億元）459 626 762 868 937 全球光伏逆變器中的電子變壓器市場規模（億元）78 106 130 148 159 大比特產業研究室 光伏微型逆變器光伏微型逆變器中用到較多的功率磁性元件，其價格占微型逆變器成本的中用到較多的功率磁性元件，其價格占微型逆變器成本的15%15%左右。左右。20222022年全球光伏微型逆變器營收年全球光伏微型逆變器營收160160億元，除去億元，除去30%30%的毛利率，的毛利率，20222022年全球光年全球光伏微型逆變器市場規模伏微型逆變器市場規模115115億元，其

8、中磁性元件的市場規模在億元，其中磁性元件的市場規模在1717億元左右，到億元左右，到20252025年，預計磁性元件的市場規模在年，預計磁性元件的市場規模在8080億元。億元。4 4、光、光伏微逆變器及磁性元件的伏微逆變器及磁性元件的市場規模市場規模 5 5、服務器、服務器電源的磁性元件市場規模電源的磁性元件市場規模 服務器電源中的磁性元件價格：服務器電源中的磁性元件價格：0.9kW:600.9kW:60-8080元，元，1.5kW1.5kW：100100-120120元，元，3kW:1603kW:160-180180元。元。服務器主板中的磁性元件價格：服務器主板中的磁性元件價格：4040-5

9、050元。元。全球服務器主板和電源中的磁性元件市場規模：全球服務器主板和電源中的磁性元件市場規模：20232023年年:44:44億元，億元，20242024年：年：5353億元：億元：20252025年：年：6666億元。億元。6 6、智慧、智慧燈桿和燈桿和5G5G基站的磁性元件市場規?；镜拇判栽袌鲆幠?1.5kW1.5kW智慧燈桿電源模塊中的磁性元件價格：智慧燈桿電源模塊中的磁性元件價格：120120-200200元。元。預計預計20252025年，磁性元件市場規模：年，磁性元件市場規模：1515億元。億元。5G5G基站的基站的6W6W大功率電源模塊，內部電子變壓器價格：大功率電源模

10、塊，內部電子變壓器價格：500500元。元。預計預計20252025年，磁性元件市場規模：年，磁性元件市場規模：1515億元。億元。7 7、便攜式、便攜式儲能的磁性元件市場規模儲能的磁性元件市場規模 便攜式儲能產品出貨量：便攜式儲能產品出貨量：20232023年年:1660:1660萬臺，萬臺，20242024年：年：25002500萬臺，萬臺，20252025年年:3500:3500萬臺；其中中國占據萬臺；其中中國占據92%92%。便攜式儲能產品中的磁性元件市場規模：便攜式儲能產品中的磁性元件市場規模：20232023年年:29:29億元，億元，20242024年：年：4444億元，億元，2

11、0252025年年:61:61億元。億元。產業領域 未來三年國內電子變壓器市場規模 2022年（億元）2023年（億元）2025年（億元）新能源汽車 103 133 188 充電樁 30 60 80 光伏 106 135 159 光伏微逆變器 14 32 74 服務器 37 44 66 智慧燈桿與5G 10 15 30 工業儲能 20 30 60 便攜式儲能 15 30 60 智能家居 27 35 50 合計 362 514 767 采用磁性元件的九個新興產業：采用磁性元件的九個新興產業：新能源汽車、充電樁、光伏逆變新能源汽車、充電樁、光伏逆變器、光伏微逆變器、服務器、智器、光伏微逆變器、服務

12、器、智慧燈桿、工業儲能、便攜式儲能、慧燈桿、工業儲能、便攜式儲能、智能家居；智能家居；到到20252025年，這九個產業的國內磁年，這九個產業的國內磁性元件市場規模將超過性元件市場規模將超過750750億元。億元。近三年近三年國內新能源領域磁性元件市場規模國內新能源領域磁性元件市場規模 大比特產業研究室 內內 容容 提提 要要 新形勢下磁性元件的新形勢下磁性元件的市場機遇市場機遇 新新形勢形勢下電子變壓器的技術挑戰下電子變壓器的技術挑戰 1 1）磁性元件設計）磁性元件設計：磁集成、損耗計算與測量標準化、：磁集成、損耗計算與測量標準化、AIAI設計設計 2 2）磁性元件制造）磁性元件制造：磁芯、

13、線圈、絕緣材料：磁芯、線圈、絕緣材料 3 3）磁性元件技術研究面臨困境）磁性元件技術研究面臨困境 各種電源模塊中大量用到電子變壓器各種電源模塊中大量用到電子變壓器，各種，各種電子變壓器在電源模塊中的電子變壓器在電源模塊中的體積占比體積占比2020-4040%、重量占比、重量占比3030-40%40%、損耗占比、損耗占比2020-30%30%、成本占比、成本占比20%20%。新形勢下電子變壓器發展的新形勢下電子變壓器發展的技術挑戰技術挑戰 隨著隨著寬禁帶器件應用的日益普及，磁性寬禁帶器件應用的日益普及，磁性元件發展方向：元件發展方向：高高頻率、低損耗、頻率、低損耗、集成化。集成化。新能源新能源汽

14、車、汽車、光光伏伏逆變器、逆變器、充電樁、充電樁、光光伏微伏微逆變器、服務器電源、逆變器、服務器電源、智慧燈智慧燈桿、桿、5G5G基站基站中、中、便攜式便攜式儲能產品的價格戰，銅材價格上升儲能產品的價格戰，銅材價格上升，磁性元件企業的成本壓力增，磁性元件企業的成本壓力增大、企業利潤率大幅下滑。大、企業利潤率大幅下滑。各種儲能元件的能量密度各種儲能元件的能量密度 磁集成的必要性磁集成的必要性 磁集成的必要性磁集成的必要性 普通磁性元件，設其三維尺寸系數為，其功率：由于鐵芯工作磁密B0受鐵芯損耗制約，繞組電流密度J0受繞組損耗制約，鐵芯截面積Ac和繞組截面積Aw正比于2，磁件體積正比于3，其功率（

15、VA）正比于4。若通過提升頻率 f 來減小磁件體積，則磁件功率的減小速度快于磁件體積的減小速度，磁件體積和損耗不能無限制減小，一個大體積磁件的功率大于總體積相同的多個小體積磁件的功率，因此，在鐵芯材料和繞組材料確定后，結合開關頻率的一定提升，通過將兩個及以上的磁件集成在一起，實現磁件功能復用，是當前減小磁件總體積和總損耗的有效途徑。磁集成的磁集成的目標目標 縮小磁元件的尺寸；縮小磁元件的尺寸；降低磁元件的損耗；降低磁元件的損耗；減少磁元件的數量；減少磁元件的數量；降低磁元件的成本；降低磁元件的成本；提高電源效率；提高電源效率；提升電源動態和暫態性能；提升電源動態和暫態性能；產生新的電路拓撲。產

16、生新的電路拓撲。磁集成方式磁集成方式 磁 集 成 磁耦合型 變壓器 電感 非耦合型 多個電感集成 電感和變壓器集成 多個變壓器集成 多相集成變壓器，陣列式變壓器，OBC，充電樁 多路并聯耦合和非耦合電感：電壓調節器，負載點變換器，多路PFC，新能源車 反激變壓器，正激變換器，LLC諧振變換器，倍流整流變換器 磁集成磁集成之一：之一：電感電感和電感的集成（新能源車）和電感的集成（新能源車）純電動汽車的動力系統 混合動力車蓄電池的充放電混合動力車蓄電池的充放電 采用耦合電感，一方面采用耦合電感，一方面減小穩態相電流紋波減小穩態相電流紋波以提以提高效率，高效率，更重要的是提高暫態響應速度。更重要的是

17、提高暫態響應速度。磁集成之一：磁集成之一：電感電感和電感的集成（和電感的集成（服務器電源）服務器電源）？磁集成之一磁集成之一：電感電感和電感的集成（光伏）和電感的集成（光伏）OBC電源模塊電源模塊 充電樁電源模塊充電樁電源模塊 Q1Q2Q3Q4D1D2D3D4C1C2C3C4LrCrLmTDr1Dr2Dr3Dr4CoRLipimVin+Vo-is服務器電源模塊服務器電源模塊+=磁集成之磁集成之二：二：電感電感和變壓器的集成和變壓器的集成 OBC電源模塊電源模塊 磁集成之磁集成之三：三：變壓器變壓器和變壓器的集成和變壓器的集成 Q11Q14Q13Q16Q12Q15Q21Q24Q23Q26Q22Q

18、25D11D14D13D16D12D15D21D24D23D26D22D25Cs11Cs14Cs13Cs16Cs12Cs15Cs21Cs24Cs23Cs26Cs22Cs25Lr1Cr1Lm1Lr2Cr2Lm2Lr3Cr3Lm3充電樁電源模塊充電樁電源模塊 磁集成之磁集成之三：三：變壓器變壓器和變壓器的集成和變壓器的集成 服務器電源模塊服務器電源模塊 磁集成之磁集成之三：三：變壓器變壓器和變壓器的集成和變壓器的集成 內內 容容 提提 要要 新形勢下磁性元件的新形勢下磁性元件的市場機遇市場機遇 新新形勢下磁性元件的形勢下磁性元件的技術挑戰技術挑戰 1 1）磁性元件設計）磁性元件設計：磁集成、損耗計

19、算與測量標準化、：磁集成、損耗計算與測量標準化、AIAI設計設計 2 2）磁性元件制造）磁性元件制造：磁芯、線圈、絕緣材料：磁芯、線圈、絕緣材料 3 3）磁性元件技術研究面臨困境）磁性元件技術研究面臨困境 軟磁材料技術挑戰軟磁材料技術挑戰 軟磁材料技術挑戰軟磁材料技術挑戰 高溫超導磁體的磁感應強度已突破高溫超導磁體的磁感應強度已突破100T100T，軟磁鐵氧體的磁感應強度最高軟磁鐵氧體的磁感應強度最高0.5T0.5T，何時取得突破？何時取得突破？提高磁性元件的能量密度提高磁性元件的能量密度 提高磁性元件的能量密度提高磁性元件的能量密度 內內 容容 提提 要要 新形勢下磁性元件的新形勢下磁性元件

20、的市場機遇市場機遇 新新形勢下磁性元件的形勢下磁性元件的技術挑戰技術挑戰 1 1）磁性元件設計）磁性元件設計：磁集成、損耗計算與測量標準化、：磁集成、損耗計算與測量標準化、AIAI設計設計 2 2）磁性元件制造）磁性元件制造：磁芯、線圈、絕緣材料：磁芯、線圈、絕緣材料 3 3）磁性元件技術研究面臨挑戰）磁性元件技術研究面臨挑戰 磁性元件磁性元件技術技術發展發展面臨挑戰面臨挑戰 相比于寬禁帶器件、芯片和電池，相比于寬禁帶器件、芯片和電池，磁性元件是傳統產業磁性元件是傳統產業，易學難易學難精，精，受政府和高層重視不夠受政府和高層重視不夠。本身獨立性弱，需要結合電路和系統才能體現出價值。本身獨立性弱，需要結合電路和系統才能體現出價值。電源和磁性元件企業電源和磁性元件企業人才需求量大人才需求量大，但磁性元件價格降低，但磁性元件價格降低、材料和人工成本上升，制造企業利潤率低，難以招聘和、材料和人工成本上升，制造企業利潤率低，難以招聘和留住高學歷、高層次人才；專門研究人才少。留住高學歷、高層次人才；專門研究人才少。需要得到關注和重視。需要得到關注和重視。Thanks!