目前有四種類(lèi)型的儲能系統：電化學(xué)儲能、化學(xué)儲能、熱儲能和機械儲能。抽水蓄能水電（PSH）仍然是發(fā)展最成熟的機械儲能系統，覆蓋了全球90％以上的電網(wǎng)規模儲能容量。但是，此類(lèi)巨型設施的安裝對地理方面的要求非常高。

根據MarketsandMarkets的市場(chǎng)研究，全球電池儲能系統市場(chǎng)規模預計將從2022年的44億美元增長(cháng)到2027的151億美元，復合年增長(cháng)率為27.9％。鋰離子電池占據了該市場(chǎng)86％的份額。

鋰離子電池作為電化學(xué)儲能系統中最為人所知的一種類(lèi)型，具有高功率、高能量密度、高往返效率，而且占地面積小、擴展靈活。鋰離子電池是一項相對成熟的技術(shù)，經(jīng)過(guò)三十多年的商業(yè)發(fā)展，已成為一種可靠且低成本的解決方案?？梢哉f(shuō)，鋰離子電池成本的持續下降正在有力加速儲能的發(fā)展。

帶有蓄電池的并網(wǎng)／離網(wǎng)太陽(yáng)能逆變器系統為住宅和商業(yè)用途帶來(lái)了諸多好處：

• 能源套利-儲存能量以供日后使用，這樣可以在電價(jià)變化時(shí)降低電力成本。

• 自產(chǎn)自用-通過(guò)存儲白天產(chǎn)生的多余太陽(yáng)能，安裝帶有太陽(yáng)能逆變器的儲能設備，可以減少或消除對電網(wǎng)的依賴(lài)。

• 備用電源-與UPS（不間斷電源）一樣，存儲的電力可用于在輸入電源或主電源出現故障時(shí)為負載提供應急電源。

交流耦合儲能系統是一個(gè)獨立的系統，可以接入到現有的太陽(yáng)能發(fā)電系統中。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的升級，但是，它將涉及額外的電源轉換步驟以對電池進(jìn)行充電／放電，這意味著(zhù)更多的功率損耗。直流耦合系統，或者我們可以稱(chēng)之為混合（太陽(yáng)能）逆變器，只需要一步功率轉換，但必須在一開(kāi)始就進(jìn)行設計。

住宅變流器要么添加到現有的太陽(yáng)能逆變器系統中，要么與太陽(yáng)能逆變器一起設計為混合逆變器。儲存的能量可用于為備用電池充電或為電動(dòng)汽車(chē)和家電充電以節省成本。

雙向DC-DC轉換器連接在電池組和直流鏈路之間。在安全和用例方面，單相系統的母線(xiàn)電壓通常小于600V，而充放電功率不會(huì )超過(guò)10kW。降壓-升壓是最常見(jiàn)的雙向DC-DC配置，具有組件少和易于控制等優(yōu)點(diǎn)。使用兩個(gè)具有良好IF值的并聯(lián)二極管的650V IGBT／MOSFET足以滿(mǎn)足此雙向系統的需求。

FGH4L75T65MQDC50是新發(fā)布的650V FS4 IGBT，集成了SiC二極管，可為高效應用提供出色性能，且導通損耗和開(kāi)關(guān)損耗低。

在考慮電池安全時(shí)，隔離也是另一個(gè)需要考慮的方面。雙有源橋轉換器（DAB）或CLLC已成為EV和ESS領(lǐng)域隔離雙向DC-DC轉換器的通用解決方案。采用級聯(lián)前端降壓-升壓電路，可在電池電壓變化的情況下實(shí)現寬范圍的電壓輸入／輸出，同時(shí)降低無(wú)功功率環(huán)流，擴大軟開(kāi)關(guān)區。

三相電源通常被視為商業(yè)用例中常用的供電方式，現如今，這種技術(shù)已變得更加可靠，可以用于對電力需求較高的家庭。為了應對高達15kW的功率，以及可能接近1000V的直流鏈路電壓，開(kāi)關(guān)應該能夠承受更高的工作電壓和電流。

將650V開(kāi)關(guān)換成1200V的規格很容易解決這個(gè)問(wèn)題，或者可以考慮三電平對稱(chēng)降壓-升壓。這種三電平配置提供更小的開(kāi)關(guān)損耗，因為只有一半的輸出電壓施加到開(kāi)關(guān)和二極管，這種特性有助于減小電感器和實(shí)現更好的 EMI 性能。然而，組件數量增加一倍將不可避免地增加物料清單的復雜性、控制難度和總成。

商用儲能系統的輸入／輸出功率范圍從100kW到2MW，這樣的巨型系統通常由幾十kW到100多kW的三相子系統組成。

其中一項重要規格是最大直流電壓，這取決于現有太陽(yáng)能系統的母線(xiàn)電壓或電池電壓。商用太陽(yáng)能逆變器常見(jiàn)的直流母線(xiàn)電壓為1100V和1500V，有時(shí)用于公用事業(yè)規模的系統。這類(lèi)應用的一個(gè)明顯趨勢是增加直流母線(xiàn)電壓，這有助于降低給定功率的互連電纜成本，因為電流較低。

交流耦合系統在儲能項目中更為常見(jiàn)，因為它可以添加到已經(jīng)構建的系統中。此外，集中式儲能單元更易于管理和放置。相比之下，直流耦合系統需要更大的空間和更多的成本來(lái)處理分布式電池組。

三電平I-NPC是大功率工業(yè)應用特別是逆變器中常見(jiàn)的拓撲結構之一，它有4個(gè)開(kāi)關(guān)、4個(gè)反向二極管和2個(gè)鉗位二極管，擊穿電壓低于實(shí)際直流母線(xiàn)電壓，例如650V開(kāi)關(guān)在1100V系統中就足夠了。

使用三電平拓撲結構有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，開(kāi)關(guān)損耗更低。通常，開(kāi)關(guān)損耗與施加到開(kāi)關(guān)和二極管的電壓的二次方成正比（開(kāi)關(guān)損耗@ V2switch or diode）。在三電平拓撲結構中，只有一半的總輸出電壓被施加到（一些）開(kāi)關(guān)或（一些）二極管。其次，升壓電感器中的電流紋波變小。對于相同的電感值，施加到電感器的峰峰值電壓也是三電平拓撲結構中總輸出電壓的一半。這使得電流紋波更小，更容易使用更小的電感器進(jìn)行濾波，從而實(shí)現更緊湊的電感器設計并降低成本。最后，EMI降低。

而傳導EMI主要與電流紋波有關(guān)。正如本段第二點(diǎn)提到的，三電平拓撲結構減少了電流紋波，使濾波更容易并產(chǎn)生更低的傳導EMI。同時(shí)，在電磁輻射方面也有好處。

作為升級版，A-NPC系統提供了更高的性能，因為兩個(gè)鉗位二極管被兩個(gè)有源開(kāi)關(guān)所取代，在損耗方面具有明顯的優(yōu)勢。但是驅動(dòng)器配對和延遲匹配很關(guān)鍵，可以看作是一個(gè)缺點(diǎn)。

單管方案

模塊PIM(功率集成模塊)方案

為了最大限度地提高系統效率和功率密度，應考慮模塊解決方案。雖然SiC模塊成本更高，但能帶來(lái)以下優(yōu)勢：

• 改進(jìn)了由引腳和不良布局引起的寄生效應

• 提高生產(chǎn)效率，減少元件數量，易于安裝

• 提高芯片一致性以便電流共享

• 熱性能更好

為了快速安全地驅動(dòng)SiC MOSFET，需要可靠的SiC MOSFET驅動(dòng)器。在選擇SiC MOSFET以提高SiC MOSFET 電源實(shí)現方案的穩健性時(shí)，需要注意以下3點(diǎn)：

• 大電流能力：在導通和關(guān)斷時(shí)輸送高峰值電流以使CGS和CGD電容快速充電和放電。

• 抗擾度強：在具有快速開(kāi)關(guān)SiC MOSFET的系統中，SiC柵極驅動(dòng)器必須考慮與快速dv／dt和感應噪聲相關(guān)的抗擾度。特別是，允許的最大和最小電壓表示對正負浪涌事件的抗擾度。

• 匹配的傳播延遲：傳播延遲是從50％的輸入到50％的輸出的時(shí)間延遲，這在高頻應用中至關(guān)重要；延遲不匹配會(huì )導致開(kāi)關(guān)損耗和發(fā)熱。

舉例：柵極驅動(dòng)器，雙通道

特性

• 4.5A峰值源電流、9A峰值灌電流輸出能力

• 傳播延遲典型值為36ns，每通道最大延遲匹配為8ns          

• 共模瞬變抗擾度CMTI＞200V／ns

• 5KVRMS電氣隔離

應用

• 隔離轉換器

• 碳化硅驅動(dòng)器

舉例：電流檢測放大器，單/雙通道

特性

• 集成精密、比率匹配的電阻器，精度為0.1％      

• 寬共模輸入：-0.1至40V

• 低失調電壓：±100μV

• 低失調漂移：最大±1μV／℃

• 低增益誤差：最大±1％

• 低功耗：每個(gè)通道最大300μA

應用

• 高／低邊電流檢測

  
  

舉例：10BASE-T1S MACPHY 以太網(wǎng)控制器

特性

• 超過(guò)IEEE 802.3cg中規定的抗噪水平，支持8個(gè)節點(diǎn)和最多50m的范圍

• 每25m區段啟用更多節點(diǎn)，從而降低布線(xiàn)、連接器和安裝成本

• 每端口使用一個(gè)MACPHY，在單對線(xiàn)纜上連接多個(gè)器件

• 連接到?jīng)]有集成MAC的控制器、傳感器和其他器件

• 進(jìn)一步提高純PLCA網(wǎng)絡(luò )的抗噪性

• 超過(guò)IEEE 802.3cg中規定的抗噪水平，支持8個(gè)節點(diǎn)和最多50m的范圍

應用

• 工業(yè)自動(dòng)化

• 傳感器和控制接口

• 安全防護和現場(chǎng)儀表

安森美（onsemi）的Elite Power在線(xiàn)仿真工具：

www.onsemi.com/design/tools-software/elite-power-simulator 能夠在開(kāi)發(fā)周期的早期進(jìn)行系統級仿真，為復雜的電力電子應用提供有價(jià)值的參考信息。Elite Power 仿真工具能夠精確呈現所設計的電路在使用我們的EliteSiC 產(chǎn)品系列：

www.onsemi.cn/products/discrete-power-modules/silicon-carbide-sic/silicon-carbide-sic-mosfets#products=fnN0YXR1c352YWx1ZX4yfiF+TGFzdCBTaGlwbWVudHN+IX5PYnNvbGV0ZX4= 時(shí)的工況，包括EliteSiC技術(shù)的制造邊界工況。

特性

• 適用于硬開(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)仿真的引領(lǐng)業(yè)界的PLECS模型自助生成工具

• 涵蓋DC-DC、AC-DC、DC-AC應用，包括工業(yè)和汽車(chē)領(lǐng)域的32種電路拓撲結構

• 損耗和熱數據繪圖

• 靈活設計和快速仿真結果

• 基于應用和拓撲結構的產(chǎn)品推薦功能

產(chǎn)品訂購：黃女士

郵箱：ma002@dxytech.com  

技術(shù)支持：鄭先生

郵箱：justin.zheng@dxytech.com