【哔哥哔特导读】在800V电驱系统趋势下，纳米晶材料将逐步替代传统材料，佳友作为专业生产非晶纳米晶的磁性材料企业，在纳米晶领域将给我们带来什么惊喜？
纳米晶材料因其性能优越，在电动车的车载充电器、逆变器、电机轴承保护和充电站等场景的应用广泛，常做成电感、扼流圈、CT和磁环等组件。
但随着新能源汽车向高性能、高集成度方向发展，对纳米晶材料的性能要求越来越高，有些纳米晶材料难以满足终端车载应用的要求。
如在DC-DC模块中的低压侧功率电感中，一般使用低磁导率的镍锌铁氧体，但随着DC-DC模块的功率不断提升，镍锌铁氧体的抗饱和特性的表现已不再足够。因此，磁性材料行业迫切需要开发出在高频环境下具备高阻抗、高抗饱和能力，以及在高低温、受应力状态下的稳定性的纳米晶材料。
本文通过采访安阳佳友非晶科技有限公司（下称“佳友”）的销售经理郭振伟，阐述在800V电驱系统下，对纳米晶材料提出的技术要求、趋势以及佳友在纳米晶材料方面做出的行业范例。
800V高压平台对磁材提出更高要求
在800V高压平台下，EMC技术面临以下挑战：
1、碳化硅器件因其高开关速度和高电压特性，容易产生高频共模噪声。
2、系统耦合干扰问题导致兼容性设计难度增加。
3、充电功能复用导致EMC滤波挑战增大。
4、滤波设计的迭代周期长且成本高。
为了应对上述挑战，车企在应用800V高压平台技术时，需要对电驱、OBC（车载充电器）、DC-DC模块等核心三电系统的EMC滤波系统进行重新设计，这增加了对磁环设计和相关纳米晶材料设计的高要求。在大功率应用场景中，需要使用抗饱和特性更好的磁性材料。
磁性材料的抗饱和特性与其磁导率有关。理论上，磁导率越高，材料在较高磁场下工作时越不易磁饱和。然而，当磁场强度达到一定程度时，即使是高磁导率材料也可能磁饱和，导致磁导率下降。
在直流偏置电流作用下，磁芯的磁导率会因饱和作用而减小。磁导率越低的材料，在不平衡电流或直流时的衰退越少。
不同磁导率的材料在磁场中的磁化特性 供图：佳友
纳米晶材料在小型化、轻量化、高效能等方面具有明显优势。其优势包括紧凑、高效、稳定。紧凑性体现在纳米晶材料高饱和磁密，同样的性能下相比其他软磁材料体积更小巧；高效性体现在高磁导率和低损耗，有效抑制电磁干扰；稳定性体现在居里温度高，温度系数低，可靠性更强。
在车载应用中，比如大功率OBC模块中的三相共模电感，电驱中使用的纳米晶滤波磁环，都存在不平衡电流的情况，使高磁导纳米晶磁环进入饱和状态，引起发热甚至烧机。所以，大电流应用中如何降低纳米晶磁环的磁导率特性来提高它的抗饱和特性成为纳米晶行业的技术难点。
DC-DC模块中的低磁导纳米晶磁芯 供图：佳友
目前业界一般采用调整材料配方和通过恒张力加工这两种方式生产低磁导纳米晶。然而，调整纳米晶材料配方一般难以做到磁导率2000以下，而且灵活性比较差。因此，佳友采用恒张力的方案，通过高精度的张力调整配合温度曲线调整，实现磁导率从μ150-10000快速可调，充分满足了下游客户设计快速调整需求。目前国内恒张力的方式一般最低能做到磁导率500左右，再低比较难批量。佳友通过自研高精度、高稳定性恒张力退火设备，已经能做到批量生产μ=150产品，并且在实验室对更低的磁导率发起冲击。
低磁导纳米晶的曲线 供图：佳友
为满足车载纳米晶材料需求，佳友采用新型设计结构
传统纳米晶一般是针对10kHz-100kHz频率设计的，但现在电机控制器模块中高次谐波干扰越来越高频化，意味着纳米晶滤波磁环要有更好的高频阻抗，更宽的频率范围才能满足EMC的要求。
所以，佳友未来的主要研究目标为纳米晶材料在高频下的高阻抗，更好的抗饱和能力，以及在高低温、受应力状态下的稳定性。
在设计结构上，由于纳米晶是由带材绕制而成，因此对应力比较敏感。为了保持纳米晶材料性能稳定，制造过程中需要尽量降低应力。而环形在制造过程中是受应力作用最小的，其次是跑道形，最后是矩形。所以传统应用中环形纳米晶比较多。
环形和跑道形纳米晶磁芯 供图：佳友
然而，尽管环形纳米晶磁芯性能优越，但由于其空间利用率不足，现在在汽车行业内不算太常用。跑道形由于在狭小空间内性能比较好，现在应用比较多，其次是矩形。一些大功率的场景还会用到C型切割磁环。由于这些形状是环形形变而成，如何保持形状的前提下消除磁环应力影响，保持磁环稳定性是主要问题。
跑道形纳米晶磁芯 供图：佳友
佳友非晶通过几年的实验和沉淀，优化了固化配方，相比传统的固化工艺性能衰减更小；同时通过更优化的强磁场热处理工艺，使磁环本身的抗应力能力更强。同时，针对异形的铁芯，佳友还使用叠块和冲片的方式来加工，大大增加了纳米晶材料的应用场景。
未来，佳友将持续朝着以下几个方面努力：
一是优化现有纳米晶产品性能：持续投入研发资源，对现有的纳米晶磁芯等产品进行性能优化。例如，进一步提高磁芯的高频磁导率、降低损耗，以增强新能源汽车电气系统的电磁兼容性和能量转换效率，提升车辆的续航能力和整体性能。
二是拓展纳米晶产品应用领域：积极拓展纳米晶材料在车载充电器、逆变器等更多关键部件中的应用。开发适配不同车型、不同功率需求的定制化产品，满足市场多样化需求。
三是开发新纳米晶产品系列：基于市场趋势和技术发展，研发具有更高性能和附加值的纳米晶材料新产品系列。如开发纳米晶与其他材料的复合产品、开发圆形截面铁芯、非晶一体注塑等。
四是设备方面计划引进国内外先进的生产设备及检验设备，由设备团队进行升级改造，期望是实现生产过程的自动化、智能化控制，提高产品的一致性和稳定性。
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