新能源汽車DC/DC轉(zhuǎn)換器市場及重點企業(yè)分析

技術(shù)原理及應(yīng)用場景

DC/DC變換器是將一種電平的直流電壓變換為另一種電平的直流電壓的電路。DC-DC轉(zhuǎn)換器的主要部件是變壓器。利用變壓器改變電壓時,變壓器需通過交流電壓。充電電池是直流電壓,因此DC-DC轉(zhuǎn)換器通過利用功率半導(dǎo)體ON/OFF來自充電電池的直流電壓,將其轉(zhuǎn)換成交流電壓。然后,利用變壓器轉(zhuǎn)換交流電壓,再利用功率半導(dǎo)體將交流電壓轉(zhuǎn)換成12V的直流電壓。利用功率半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換交流和直流時,為抑制電壓波形的噪聲(平滑化),還使用了電容器。

通俗來講,變換器的輸入是一個已經(jīng)經(jīng)過濾波之后的直流電壓,但是其可以是固定不變的;變換器的輸出是可變的直流電壓,也針對許多應(yīng)用設(shè)計成多種輸出電壓。目前DC/DC變換器的效率可以很高,達(dá)到90%以上。

從類別來看,根據(jù)是否使用隔離變壓器,DC/DC變換器可分為隔離式DC/DC變換器和非隔離式DC/DC變換器。非隔離式DC/DC變換器一般都有一個開關(guān)和一個二極管,有的可能還會有一個電感和一個電容等儲能元件。還有一些其他類型的非隔離式DC/DC變換器,其電路拓?fù)渲杏袃蓚€開關(guān)、兩個二極管和一些儲能元件。在許多應(yīng)用場合,包括在電動汽車和混合動力汽車中需要實現(xiàn)輸入和輸出的電氣隔離,隔離式DC/DC變換器就是這樣一種有高頻隔離變壓器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖表1  DC-DC轉(zhuǎn)換器的類別

DC/DC變換器在電動汽車(包括混合動力)中主要有以下三種應(yīng)用類型:

1)高壓升壓器

這種高壓升壓器,是一種選擇性的架構(gòu),主要是某些整車企業(yè),為了提高動力系統(tǒng)的效率,選擇用一個Boost的升壓器來提高逆變器輸入的總線電壓。因此,這個部件集成在逆變器里面,作為動力總成的一部分。此類器件,由于在特定的部件條件下,通過系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化出來的一個附帶產(chǎn)物,并不是每個整車企業(yè)都需要選擇,特別是隨著鋰電化帶來的系統(tǒng)電壓等級的升高,這個器件對于普通的零配件企業(yè)而言不是很好的機會。

2)高低壓轉(zhuǎn)換器(輔助功率模塊)

此模塊的主要作用是取代傳統(tǒng)的12V發(fā)電機。強混以上的系統(tǒng)之中,發(fā)動機輸出的動力直接驅(qū)動高壓繼電器對高壓電池系統(tǒng)進行補電,傳統(tǒng)的12V用電負(fù)荷,則完全依靠這個DC/DC變壓器供給,因此傳統(tǒng)的用電負(fù)荷補給也就落實到了這里。此類器件,幾乎所有的新能源汽車都會應(yīng)用,功率范圍從1KW～2.2KW,也是未來48V系統(tǒng)的一個核心元件,將對此器件進行展開。

3)12V電壓穩(wěn)定器

12V電壓穩(wěn)定器,主要是用在部分Start-Stop系統(tǒng)(如果有可能,后續(xù)對Start-Stop將要做個分類,目前在歐洲SS系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用非常廣泛了。在啟動過程中,如果采用某種架構(gòu)用來防止電壓波動對一些敏感器件產(chǎn)生影響。這里的敏感負(fù)載,主要包括用戶可見的用電負(fù)載,如內(nèi)飾燈和收音機等。電壓穩(wěn)壓器的功率等級,隨著敏感用電器的負(fù)荷而定,一般為200～400W;總體而言,此類器件功率等級較小,成本要求較為苛刻,歐洲的零部件廠家切入較早,這類器件的技術(shù)已經(jīng)非常成熟。

圖表2  純電動汽車中DC-DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用場景

圖表3  混合動力汽車中DC-DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用場景

市場應(yīng)用情況

在實際應(yīng)用過程中,對DC-DC轉(zhuǎn)換器的選擇很重要,合理使用DC-DC可以有效地控制高電壓值的穩(wěn)定,有利于電動汽車驅(qū)動性能的提升。目前從國內(nèi)電動汽車研發(fā)設(shè)計思路來看,大多廠商采用單向DC-DC轉(zhuǎn)換器。單向DC-DC轉(zhuǎn)換器可以達(dá)到優(yōu)化電機控制、提高電動汽車整體效率性能的作用,同時還可以避免出現(xiàn)反向制動無法控制和變換器出現(xiàn)浪涌電壓的不利情況。從2015年以前開發(fā)設(shè)計的電動汽車來看,單向DC-DC轉(zhuǎn)換器為主流,國內(nèi)外企業(yè)涉及該領(lǐng)域的企業(yè)也較多,市場產(chǎn)品相對充足。

近兩年來,雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器也開始被市場接受。雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器能更加方便地實現(xiàn)能量的雙向傳輸,減少了其他電子器件的使用,一定程度上節(jié)約了成本,同時其還有體積小、效率高等優(yōu)勢。從趨勢來看,雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用將越來越普遍。

一覽眾咨詢通過測算,2016年中國新能源汽車DC/DC轉(zhuǎn)換器市場規(guī)模約15億元,未來幾年隨著新能源汽車產(chǎn)量的逐年提升,一覽眾咨詢預(yù)計到2022年國內(nèi)電動汽車DC/DC轉(zhuǎn)換器市場規(guī)模將超過60億元。

圖表4  2016-2022年中國新能源汽車DC/DC轉(zhuǎn)換器市場規(guī)模預(yù)測(億元)

主要企業(yè)

DC-DC轉(zhuǎn)換器一般會配套其他部件供應(yīng)給整車企業(yè),企業(yè)很難依靠這單一部件來盈利,在產(chǎn)量較低的時候,BOM成本會很高,不易切入,因此市場供應(yīng)格局相對穩(wěn)定?？傮w來看,全球DC-DC轉(zhuǎn)換器企業(yè)主要有以下幾類:

1)日本企業(yè):從全球來看,日本在這一領(lǐng)域有較大的優(yōu)勢:一方面由于DC/DC轉(zhuǎn)換器使用磁性材料,日本在磁性材料和部件領(lǐng)域具有優(yōu)勢;另一方面日本混合動力汽車市場的培育較為成功,與日本整車汽車同步發(fā)展,具有成功的市場運營經(jīng)驗。其中典型企業(yè)是TDK,產(chǎn)品主要應(yīng)用在本田的混合動力產(chǎn)品上。另外Denso和Toyota Industry的DC-DC產(chǎn)品也主要應(yīng)用于混合動力汽車上,主要應(yīng)用車型為普銳斯、凱美瑞。

2)傳統(tǒng)的汽車部件供應(yīng)商:如博世、大陸和德爾福,在汽車電氣元器件領(lǐng)域切入較早,有較深厚的技術(shù)積累,目前為全球主流電動車企配套。這類型企業(yè)產(chǎn)品多與其他零部件打包供應(yīng),很少單獨供應(yīng)DC-DC轉(zhuǎn)換器。

3)其他在工業(yè)功率電子中比較成功企業(yè):如艾默生和臺達(dá)電子,特別是后者依托其工業(yè)&消費功率電子的份額,在積極開拓這個市場。

4)國內(nèi)企業(yè):中國企業(yè)在這一領(lǐng)域由以前的工業(yè)及民用電氣元器件逐漸發(fā)展起來,目前,國內(nèi)企業(yè)開始注重技術(shù)研發(fā),引進國內(nèi)先進的電源電氣技術(shù),對自身產(chǎn)品進行升級,以適應(yīng)新能源汽車行業(yè)發(fā)展需求。

綜合來看,國內(nèi)外涉足到車載充電機、DC/DC轉(zhuǎn)換器業(yè)務(wù)的企業(yè)為電氣電子企業(yè),其中國外主要企業(yè)有:聯(lián)合電子、博世、艾默生、法雷奧、科世達(dá)、臺達(dá)、英飛凌等企業(yè)。

國內(nèi)除了比亞迪自己配套車載充電機、DC/DC轉(zhuǎn)換器外,其他企業(yè)大多選擇通過第三方采購。涉及DC/DC轉(zhuǎn)換器業(yè)務(wù)的企業(yè)包括欣銳科技、杭州鐵成信息、杭州富特、英搏爾、通合科技、南京中港電力、合肥華耀電子等。

圖表5  部分DC-DC轉(zhuǎn)換器(含車載充電機)企業(yè)及配套情況

近兩年來,一批具有發(fā)展?jié)摿Φ男屡d企業(yè)、其他領(lǐng)域優(yōu)勢企業(yè)進入DC/DC領(lǐng)域的企業(yè)也紛紛參與市場角逐,如麥格米特、華盛新能源等。