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

根據(jù)MarketsandMarkets的市場(chǎng)研究，全球電池儲(chǔ)能系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從2022年的44億美元增長(zhǎng)到2027的151億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為27.9％。鋰離子電池占據(jù)了該市場(chǎng)86％的份額。

鋰離子電池作為電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)中最為人所知的一種類型，具有高功率、高能量密度、高往返效率，而且占地面積小、擴(kuò)展靈活。鋰離子電池是一項(xiàng)相對(duì)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。可以說(shuō)，鋰離子電池成本的持續(xù)下降正在有力加速儲(chǔ)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(tǒng)為住宅和商業(yè)用途帶來(lái)了諸多好處：

• 能源套利-儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能設(shè)備，可以減少或消除對(duì)電網(wǎng)的依賴。

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

交流耦合儲(chǔ)能系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，可以接入到現(xiàn)有的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的升級(jí)，但是，它將涉及額外的電源轉(zhuǎn)換步驟以對(duì)電池進(jìn)行充電／放電，這意味著更多的功率損耗。直流耦合系統(tǒng)，或者我們可以稱之為混合（太陽(yáng)能）逆變器，只需要一步功率轉(zhuǎn)換，但必須在一開(kāi)始就進(jìn)行設(shè)計(jì)。

住宅變流器要么添加到現(xiàn)有的太陽(yáng)能逆變器系統(tǒng)中，要么與太陽(yáng)能逆變器一起設(shè)計(jì)為混合逆變器。儲(chǔ)存的能量可用于為備用電池充電或?yàn)殡妱?dòng)汽車和家電充電以節(jié)省成本。

雙向DC-DC轉(zhuǎn)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(tǒng)的母線電壓通常小于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足以滿足此雙向系統(tǒng)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(yīng)用提供出色性能，且導(dǎo)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(zhuǎn)換器（DAB）或CLLC已成為EV和ESS領(lǐng)域隔離雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的通用解決方案。采用級(jí)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(xiàn)寬范圍的電壓輸入／輸出，同時(shí)降低無(wú)功功率環(huán)流，擴(kuò)大軟開(kāi)關(guān)區(qū)。

三相電源通常被視為商業(yè)用例中常用的供電方式，現(xiàn)如今，這種技術(shù)已變得更加可靠，可以用于對(duì)電力需求較高的家庭。為了應(yīng)對(duì)高達(dá)15kW的功率，以及可能接近1000V的直流鏈路電壓，開(kāi)關(guān)應(yīng)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(guī)格很容易解決這個(gè)問(wèn)題，或者可以考慮三電平對(duì)稱降壓-升壓。這種三電平配置提供更小的開(kāi)關(guān)損耗，因?yàn)橹挥幸话氲妮敵鲭妷菏┘拥介_(kāi)關(guān)和二極管，這種特性有助于減小電感器和實(shí)現(xiàn)更好的 EMI 性能。然而，組件數(shù)量增加一倍將不可避免地增加物料清單的復(fù)雜性、控制難度和總成。

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

其中一項(xiàng)重要規(guī)格是最大直流電壓，這取決于現(xiàn)有太陽(yáng)能系統(tǒng)的母線電壓或電池電壓。商用太陽(yáng)能逆變器常見(jiàn)的直流母線電壓為1100V和1500V，有時(shí)用于公用事業(yè)規(guī)模的系統(tǒng)。這類應(yīng)用的一個(gè)明顯趨勢(shì)是增加直流母線電壓，這有助于降低給定功率的互連電纜成本，因?yàn)殡娏鬏^低。

交流耦合系統(tǒng)在儲(chǔ)能項(xiàng)目中更為常見(jiàn)，因?yàn)樗梢蕴砑拥揭呀?jīng)構(gòu)建的系統(tǒng)中。此外，集中式儲(chǔ)能單元更易于管理和放置。相比之下，直流耦合系統(tǒng)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(yīng)用特別是逆變器中常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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)際直流母線電壓，例如650V開(kāi)關(guān)在1100V系統(tǒng)中就足夠了。

使用三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(duì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(xiàn)更緊湊的電感器設(shè)計(jì)并降低成本。最后，EMI降低。

而傳導(dǎo)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)減少了電流紋波，使濾波更容易并產(chǎn)生更低的傳導(dǎo)EMI。同時(shí)，在電磁輻射方面也有好處。

作為升級(jí)版，A-NPC系統(tǒng)提供了更高的性能，因?yàn)閮蓚€(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(shì)。但是驅(qū)動(dòng)器配對(duì)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(tǒng)效率和功率密度，應(yīng)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(shì)：

• 改進(jìn)了由引腳和不良布局引起的寄生效應(yīng)

• 提高生產(chǎn)效率，減少元件數(shù)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(qū)動(dòng)SiC MOSFET，需要可靠的SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)器。在選擇SiC MOSFET以提高SiC MOSFET 電源實(shí)現(xiàn)方案的穩(wěn)健性時(shí)，需要注意以下3點(diǎn)：

• 大電流能力：在導(dǎo)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(qiáng)：在具有快速開(kāi)關(guān)SiC MOSFET的系統(tǒng)中，SiC柵極驅(qū)動(dòng)器必須考慮與快速dv／dt和感應(yīng)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(duì)正負(fù)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(yīng)用中至關(guān)重要；延遲不匹配會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗和發(fā)熱。

舉例：柵極驅(qū)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(yīng)用

• 隔離轉(zhuǎn)換器

• 碳化硅驅(qū)動(dòng)器

舉例：電流檢測(cè)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(diào)電壓：±100μV

• 低失調(diào)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(yīng)用

• 高／低邊電流檢測(cè)

  
  

舉例：10BASE-T1S MACPHY 以太網(wǎng)控制器

特性

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

• 每25m區(qū)段啟用更多節(jié)點(diǎn)，從而降低布線、連接器和安裝成本

• 每端口使用一個(gè)MACPHY，在單對(duì)線纜上連接多個(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(guī)定的抗噪水平，支持8個(gè)節(jié)點(diǎn)和最多50m的范圍

應(yīng)用

• 工業(yè)自動(dòng)化

• 傳感器和控制接口

• 安全防護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)儀表

安森美（onsemi）的Elite Power在線仿真工具：

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(tǒng)級(jí)仿真，為復(fù)雜的電力電子應(yīng)用提供有價(jià)值的參考信息。Elite Power 仿真工具能夠精確呈現(xiàn)所設(shè)計(jì)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(yīng)用，包括工業(yè)和汽車領(lǐng)域的32種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

• 損耗和熱數(shù)據(jù)繪圖

• 靈活設(shè)計(jì)和快速仿真結(jié)果

• 基于應(yīng)用和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的產(chǎn)品推薦功能

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