如何將電池儲能系統的性能提升到更高水平？

可再生能源（如太陽能和風能）的一大問題在于，它們并不完全可控。因此，在可再生能源充足時使用電池儲存多余的能量是有必要的。本文介紹了住宅和商用電池儲能系統 (BESS) 之間的區別及其各自的常見電路拓撲。本文還建議使用安森美 (onsemi) 的碳化硅 (SiC) 方案，將 BESS 性能提升到全新水平。

圖 1：BESS 實施概覽

采用 BESS 的優勢

使用帶有儲能電池的并網/離網太陽能逆變器系統，為住宅和商業用戶帶來諸多好處，包括：

• 價格：儲存能量，可作為公用事業供應商的替代方案來降低電費。

• 自給自足：儲存能量，可以減少（或消除）對電網供電的依賴。

• 備用電源：儲存電力，可在主電力故障時用作替代電源。

BESS 主要構建模塊

BESS 通常包括四大構建模塊：

• 可充電電池模塊：包括機架式電池單元，容量范圍從 50 V 到 1000 V 以上不等。

• 電池管理系統 (BMS)：BMS 系統可以保護和管理可充電電池，確保它們安全工作。

• 變流器 (PCS)：PCS 系統將電池組連接到電網和負載

• 能源管理系統 (EMS)：該軟件可以監測、控制和優化BESS。

住宅 BESS

與 BESS 搭配使用的變流器按照耦合能量的方式（交流或直流）和功率等級（住宅或商業）分類。直流耦合系統或混合逆變器只需要一個電源轉換步驟，而交流耦合的能量存儲是現有直流耦合系統的升級版本。

圖 2：住宅交流耦合（左）和直流耦合（右）ESS

雙向 DC-DC 轉換器連接電池組和直流鏈路。單相系統的母線電壓通常小于 600 V，而充放電功率不會超過 10 kW。降壓-升壓轉換器是最常見的雙向 DC-DC 拓撲，因為它需要的組件少且易于控制。兩個 650 V IGBT 或 MOSFET 搭配并聯二極管，例如安森美 FGH4L75T65MQDC50 650 V FS4 IGBT（帶集成 SiC 二極管），非常適合此類雙向系統。

圖 3：雙向 DC-DC 的降壓-升壓

隔離可以確保 BESS 用戶的安全，雙有源橋轉換器 (DAB) 或 CLLC 拓撲結構為 BESS 提供了隔離型雙向 DC-DC 轉換器方案。在這方面，安森美 NTP5D0N15MC 150 V N 溝道屏蔽柵極 PowerTrench MOSFET 是不錯的選擇。

商業和企業場所以及具有更大功率需求的家庭采用標準的三相電源。在三相應用中，電源開關必須能夠承受所需的工作電壓和電流，以提供高達 15 kW 的輸出功率，而且還要能夠承受高于住宅裝置所用的直流鏈路電壓（高達 1000 V）。為此，可以使用 1200 V 器件，例如采用三級對稱降壓-升壓拓撲結構。

商用 BESS

商用儲能系統的輸入和輸出功率范圍通常在 100 kW 至 2 MW 之間。這些大型裝置可能由若干個三相子系統組成，功率范圍從幾十千瓦到超過 100 kW 不等。標準商用太陽能逆變器的直流母線電壓通常為 1100 V，但在公用事業規模系統中可能高達 1500 V。

商用 BESS 中更常用的是交流耦合系統，因為它們可以輕松添加到現有設計中。此外，集中式儲能單元更易于安裝和維護。相比之下，直流耦合系統采用的分布式電池組則需要更大的空間和更高的維護成本。

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