早前我們整理出品兩篇文章：《新能源之儲(chǔ)能BMS芯片選型淺析》和《新能源之光伏逆變器器件選型淺析》，完整的電化學(xué)儲(chǔ)能方案包括儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)(BMS)、電池組、儲(chǔ)能變流器(PCS)和能量管理系統(tǒng)(EMS)。儲(chǔ)能變流器(PCS)是連接儲(chǔ)能電池系統(tǒng)和電網(wǎng)的雙向電流可控轉(zhuǎn)換裝置。儲(chǔ)能變流器(PCS)將電池系統(tǒng)輸出的直流電轉(zhuǎn)換為可供電網(wǎng)輸送的交流電，并根據(jù)能量管理系統(tǒng)(EMS)的指令和電池管理系統(tǒng)(BMS)提供的參數(shù)，精確快速調(diào)節(jié)電壓、電流、頻率和功率等，實(shí)現(xiàn)恒功率恒流充放電和平滑波動(dòng)性電源輸出，保障電池安全，提高傳輸效率和電能質(zhì)量。

　　圖1、電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　儲(chǔ)能變流器(PCS)產(chǎn)品應(yīng)用于電網(wǎng)源/網(wǎng)/荷側(cè)多種場景，按照應(yīng)用場景分類，可分為家庭戶用、工商業(yè)、集中式與儲(chǔ)能電站四類，功率不斷增大。家庭戶用：與戶用光伏配合使用，作為電量搬移、電費(fèi)管理、應(yīng)急電源等。安裝于室內(nèi)，對安規(guī)、EMC、噪聲等要求較高。

　　工商業(yè)：與分布式光伏結(jié)合，自發(fā)自用余電上網(wǎng);或削峰填谷利用峰谷價(jià)差獲利;部分用戶也用其擴(kuò)容。

　　集中式：多采用大功率IGBT模塊或并聯(lián)設(shè)計(jì)，同功率下體積可做到最小，交換效率較高。使用功率器件較少，系統(tǒng)可靠性得到保證，單機(jī)功率可到MW級。

　　儲(chǔ)能電站：與大功率集中式PCS類似， 采用IGBT模塊設(shè)計(jì)，一般N個(gè)交流器安裝到集裝箱內(nèi)部， 需變壓器升壓接入電網(wǎng)。

　　圖2、儲(chǔ)能變流器產(chǎn)品形態(tài)與應(yīng)用場景

　　上圖所示的超大功率的儲(chǔ)能電站，是大于10兆瓦級別，當(dāng)進(jìn)入百兆瓦級別則需要更多的電池組進(jìn)行串并聯(lián)，不斷升壓、增大電流，提升功率，這就對電路設(shè)計(jì)以及交流側(cè)、直流側(cè)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化提出了需求，對整個(gè)儲(chǔ)能電站系統(tǒng)的技術(shù)要求越高。作為儲(chǔ)能系統(tǒng)中的重要部分，儲(chǔ)能變流器(PCS)也因此演化出多種解決方案：集中式、組串式、集散式、模塊化、級聯(lián)式和智能組串式。

　　圖3、儲(chǔ)能變流器方案比較

　　儲(chǔ)能變流器的主要功能包括過欠壓、過載、過流、短路、過溫等的保護(hù)、具備孤島檢測能力進(jìn)行模式切換、實(shí)現(xiàn)對電池管理及能量管理系統(tǒng)的通信功能、并網(wǎng)-離網(wǎng)平滑切換控制等，相對應(yīng)的關(guān)鍵元器件有：功率器件(IGBT、MOS管)、MCU、電源管理芯片、電容、電抗器、散熱器等，其中IGBT、MOS管、電源管理芯片在儲(chǔ)能變流器里占比高、數(shù)量多，是必不可少的核心器件。工程師在設(shè)計(jì)儲(chǔ)能變流器時(shí)得著重考慮元器件的選型及排布、功率和磁性元件的選型及散熱、功率轉(zhuǎn)換效率、性價(jià)比等各種因素。

　　圖4、儲(chǔ)能變流器設(shè)計(jì)要求

　　儲(chǔ)能變流器是電力電子產(chǎn)品，接下來我們以其核心元器件及供應(yīng)商做個(gè)簡單分析。1、IGBTIGBT在儲(chǔ)能變流器里的主要作用就是變壓、變頻、交變轉(zhuǎn)換等，不可或缺。IGBT是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷追Q電力電子產(chǎn)品的“CPU”，同樣也是儲(chǔ)能變流器的“大腦”。2022年，我國IGBT產(chǎn)量達(dá)到0.41億只，需求量約為1.56億只，自給率26.3%。IGBT原廠有英飛凌、三菱電機(jī)、富士電機(jī)、賽米控、安森美、意法半導(dǎo)體、丹佛斯、博世、安世、士蘭、斯達(dá)、新潔能、宏微、中車時(shí)代電氣、楊杰、貝茵凱、基本半導(dǎo)體、泰科天潤、賽晶、華潤微、比亞迪半導(dǎo)體、陸芯、銀茂微、芯控源、飛锃半導(dǎo)體、瞻芯等。

　　圖5、IGBT

　　2、MOS管MOS管在儲(chǔ)能變流器里的應(yīng)用主要為前級升壓和后級逆變兩部分。前級升壓將電池電壓升至高壓，后級逆變將高壓逆變成交流電。MOS管作為功率器件主要以開關(guān)狀態(tài)應(yīng)用在主回路中，此外還有放大、阻抗變換、振蕩等等作用。MOS管原廠有英飛凌、三菱電機(jī)、意法半導(dǎo)體、特瑞仕、威世、美臺、東芝、萬國、羅姆、安森美、美格納、賽力康、安世、士蘭、麗雋、微碩、華矽、麥思浦、功成半導(dǎo)體、東微、安世、微碧、威兆、飛虹、可易亞、愛仕特、華羿微電、瑤芯微、新潔能、華潤微、尚陽通、美浦森、真茂佳等。

　　圖6、MOSFET

　　3、電源管理芯片

　　電源管理芯片是在儲(chǔ)能變流器里擔(dān)負(fù)起對電能的變換、分配、檢測及其他電能管理的職責(zé)的芯片。主要負(fù)責(zé)識別CPU供電幅值，產(chǎn)生相應(yīng)的短矩波，推動(dòng)后級電路進(jìn)行功率輸出。電源管理芯片可分為線性電源芯片、電壓基準(zhǔn)芯片、開關(guān)電源芯片、LCD驅(qū)動(dòng)芯片、LED驅(qū)動(dòng)芯片、電壓檢測芯片、電池充電管理芯片等。電源管理芯片原廠有德州儀器、亞德諾、英飛凌、意法半導(dǎo)體、恩智浦、安森美、微芯、PI、MPS、東芝、羅姆、瑞薩、杰華特、貝嶺、天德鈺、昂寶、能達(dá)微、英集芯、力芯微、晶豐明源、明微、必易微、希荻微、賽微微電、富滿微、南芯、鈺泰、圣邦、帝奧微、中穎、韋爾、南麟、矽力杰、炎黃國芯、安森德、源微、艾為、森木磊石、燦瑞、思瑞浦、東科、華源智信、茂捷、水芯電子、智融、茂睿芯、美芯晟、硅動(dòng)力、富滿云矽、芯海、貝蘭德、力生美、創(chuàng)芯微、穩(wěn)先微、寶礫微、易沖、拓爾微、恒成微、沁恒等。

　　圖7、電源管理芯片

　　4、MCUMCU芯片在儲(chǔ)能變流器里實(shí)現(xiàn)狀態(tài)采集、功能控制、通信和保護(hù)、單相并網(wǎng)儲(chǔ)能變流器前后級控制等功能。MCU原廠有德州儀器、恩智浦、意法半導(dǎo)體、微芯、英飛凌、瑞薩、東芝、笙泉、合泰、兆易創(chuàng)新、旋智、極海、賽元微、中穎、航芯、東軟載波、雅特力、國民技術(shù)、紫光國微、新唐、樂鑫、博通集成、復(fù)微、銳能微、瑞芯微、愛普特、小華半導(dǎo)體、廣芯微、先楫半導(dǎo)體、芯海、澎湃微等。

　　圖8、MCU

　　下圖是儲(chǔ)能變流器的方案實(shí)例，采用的旋智的MCU、陸芯的IGBT、功成半導(dǎo)體和尚陽通的MOS管。

　　圖9、旋智儲(chǔ)能逆變器方案

　　表1、旋智儲(chǔ)能逆變器部分元器件

　　EESA的數(shù)據(jù)顯示，2022年，中國企業(yè)儲(chǔ)能PCS全球出貨量為34.65GW，占全球儲(chǔ)能PCS出貨量的61.88%。其中，中國企業(yè)儲(chǔ)能中大功率PCS(30kW及以上)全球出貨量為19.76GW，在中國地區(qū)應(yīng)用為15.28GW;中國企業(yè)儲(chǔ)能小功率PCS(30kW以下)全球出貨量為14.89GW。新能源儲(chǔ)能行業(yè)是長期優(yōu)質(zhì)超級賽道，未來數(shù)年將保持高速增長?，F(xiàn)階段，儲(chǔ)能變流器將是芯片應(yīng)用的下個(gè)增長點(diǎn)，市場格局尚未確定，眾多企業(yè)存在較大發(fā)展機(jī)遇。功率器件上的選型，有部分儲(chǔ)能變流器終端企業(yè)已開始選用氮化鎵芯片，氮化鎵芯片或模塊原廠有英飛凌、意法半導(dǎo)體、安森美、VisIC、PI、Transphorm、納微、英諾賽科、艾科微、聚能創(chuàng)芯、東科、氮矽、鎵未來、量芯微、能華、芯冠科技、鎵能半導(dǎo)體、熙素微、亞成微、茂睿芯、鎵華微、元拓高科、芯干線等。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平臺，過去數(shù)年已積累了儲(chǔ)能變流器芯片的優(yōu)勢貨源。我們聚焦服務(wù)元器件長尾客戶群，讓每一家芯片原廠或分銷商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，幫助工程師的方案選型、試樣及采購，為電子產(chǎn)業(yè)供需略盡綿薄之力。

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