在入局工商儲之前 磁元件企業還應關注什么

2023年被稱為工商業儲能元年，隨著工商業儲能的大火，電感變壓器企業若想入局該領域，更應從效率、安全性、涉及等三個維度去提升產品性能。

編者按

政策頻繁出臺、資本密集入局，這些無不述說著一個事實：工商業儲能火了!

據高工產業研究院GGII的初步預計，2023年國內工商業儲能新增裝機規模將達8GWh，同比增長300%。隨著浙江、江蘇、廣東等地工商業儲能政策陸續出臺及多地峰谷價差的擴大，工商業儲能經濟性逐漸顯現。據不完全統計，當前參與工商業儲能系統集成商企業超 200 家，主要分布在華東和華南區域，其中江蘇、浙江、廣東、山東的企業數量排名前列。

《磁性元件與電源》獲悉，目前，大部分工商業儲能效率都能達到95%以上，具備經濟性的同時，企業也對工商業儲能的穩定性、安全性提出了新的要求。

本期【對話】，圍繞工商業儲能的效率、安全性、設計方式三大方面，通過工商業儲能廠商與電子變壓器、電感器產業鏈廠商的對話，探討工商業儲能對電子變壓器、電感器提出了哪些要求，以及電子變壓器、電感器企業能夠如何滿足這些需要。

工商業儲能對話嘉賓

工商業儲能對話導覽：

一、工商業儲能電源對電子變壓器、電感器提出的設計要求

二、工商業儲能效率對電子變壓器、電感器提出的降低損耗要求

三、工商業儲能安全安規對電子變壓器、電感器提出的要求

工商業儲能對話內容

一、工商業儲能及對電子變壓器、電感器提出的設計要求

1、目前一個大型集裝箱儲能設備的輸出功率已可達到500kW左右，貴司的工商業儲能產品功率主要是多少?目前什么功率段的工商業儲能產品占據主流?

晶澳 儲能主任 王綏軍：我們的工商業儲能產品從50kW到1.7MW的都有。工商業儲能主流方案兩個，一是100kW-200kW功率段的戶外柜模塊化產品，跟一個大冰箱似的，二是比較大的集裝箱式，功率有1MW。

我們的工商業儲能方案中，DC-DC電源和電池包是集成到一起的，這種方式也是一種主流。如果大的像集裝箱似的，可能就分開了——例如陽光電源和我們這種做1MW的這種，電池和電源就分開了，電池是電池，逆變器是逆變器。

禾望 光儲工程師 劉浪潮：我們的DC-DC電源和電池包沒有集成到一起，電池包需要額外的冷卻系統，因為發熱比較嚴重。因為當戶外惡劣的環境下，電源系統集成到一起，溫度會更高，電池包肯定扛不住，因此電池包沒有跟電源集成到一起，電池包采用液冷的方式。

2、目前南方很多工商業儲能產品都是通過小模塊電源并聯而成，為什么要采用這種模式?這種模式會有什么優勢?對于電感器和電子變壓器的數量和尺寸有什么具體要求?

晶澳 王綏軍：根據工廠的用電情況，如果是小的工廠，可能就用小的設備，如果是大的工廠，像我們做的有一個一天就用100多萬度電，肯定要用集裝箱這種大產品了。不然小的模塊化電源可能就有幾百臺，管控起來就比較麻煩。

我們有一款工商業儲能產品是186kW，372kW·h，它的體積大約就是在 1.6m×1. 4 m×2.7m。像這種小模塊電源，要裝近400塊的電芯。

金升陽 技術總監 郭啟利：并聯對提高功率有好處。比如有一個壞了，另一個備份的就不會壞，它屬于一種不間斷的電源，損壞了可以有補償。

但如果用并聯做了幾千瓦的工商業儲能，電源在不是滿載的時候，效率都是很低的。我們以前只追求標稱滿載的效率，現在還追求四點平均效率，這樣輕載效率還能高一些，但是它再高也不如滿載的時候高。

小模塊電源的優勢體現在它的效率會高一些，因為沒有用到那么大的功率，它的轉化效率就會高一些，而且損耗都是高功率的損耗，管子的損耗都會比較大一些。

當然，在某一種場合下也不能單獨說哪個效率高，它是有不同的場合。如果集中式和分布式的電源都用在效率最高的一點，這兩個就沒有什么區別。只是說分布式的可以做電源的冗余處理。

開關電源的用量就那么多，電子變壓器、電感器用量大概占整個電源的30%，體積以及重量都是占30%。

現在工商業儲能都是有一個專門的房間存放，對體積沒什么大要求，我們也就不會對電子變壓器、電感器有很大要求，但是以后肯定是按照扁平化發展。

禾望 劉浪潮：我們的工商業儲能采用的是集中式的模式，這樣成本會低一些。但是這種方式如果磁材做得不好的話，溫度會很高，但是我們的磁材是滿足要求的。成本會比分布式的工商業儲能低40%。因為分布式的工商業儲能用的東西多了，成本就會高很多。

以50kW的工商業儲能舉例，每一個電子變壓器的體積大概有P Q 32磁芯這么大，功率電感的體積有鐵硅鋁磁芯這么大，直徑有40mm。功率電感器、電子變壓器數量的多少取決于多大功率。主流的工商業儲能功率是50kW的，里面用到5、6個功率電感，至少8個電子變壓器。

3、禾望50kW的工商業儲能，每一個電子變壓器體積大約有PQ32磁芯這么大，而功率電感的體積則有鐵硅鋁磁芯直徑40mm這樣的大小。未來電感器、電子變壓器應用在工商業儲能中，其體積是往扁平化、小型化方向發展的。貴司如何降低電子變壓器、電感器在工商業儲能中的體積大小?

銘普 總工程師 楊建民：我們布局工商業儲能這一塊的產品已經有兩年多了，主要是做配套電子變壓器、電感器?，F在我們的功率電感的功率可以達到幾十kW，效率一般在98%左右。體積大概在50mm×20mm×50mm左右。當然，每家客戶要求的大小都不太一樣，具體是根據客戶要求電子變壓器、電感器的大小來設計。

減小體積主要是通過磁集成的設計，或者是多磁路的優化設計去把它做小。比如說原來的電子變壓器、電感器都是獨立的，我們通過一些磁路設計，把電感器和電子變壓器整合到一起，設計成一個器件，這樣整體的體積就會小一些，效率也會高一些，包括損耗各方面也會小一些。通過這些舉措，電感變壓器的損耗大概能降百分之十幾。

尚朋 董事長 楊仕機：尚朋目前在做的工商業儲能電感的磁芯A尺寸范圍在20-50mm之間，客戶的要求A尺寸也基本在此范圍內，但是要求磁芯形狀常數C1會越來越小，也就是越來越矮胖型。

工商業儲能逆變其實就是DC-AC，將直流轉換為交流的變流裝置，目前主流的工商業儲能逆變器拓撲所用到的磁元件主要是BOOST升壓電感器以及交流濾波器電感器，對于交流濾波電感器優選非晶、鐵硅鋁等材質。

對于BOOST升壓電感器優選錳鋅功率軟磁磁芯，為了降低磁元件在工商業儲能逆變器的體積，尚朋方案有兩種，一種是提高逆變頻率，選擇尚朋的SSP-96A寬頻100kHz-300kHz低損耗，兼顧高Bs特性的錳鋅材料作為BOOST電感器，降低磁芯的A尺寸以及C1值。另外一種是通過高端的磁芯雕刻機與客戶配合進行磁集成設計，將BOOST電感與交流濾波電感合二為一，既有鐵氧體的高頻低損耗又兼顧鐵硅鋁的高疊加特性。

工商業儲能

二、工商業儲能效率對電子變壓器、電感器提出的降低損耗要求

1、目前市場工商業儲能產品峰值效率能達到98.5%，全電壓范圍內效率不低于90%。貴司儲能系統模塊電源效率是多少，目前主流產品的效率又是多少?

晶澳 王綏軍：工商業儲能效率會根據項目不一樣，不同項目具體采用哪種解決方案不太一樣。集中式會比小模塊電源并聯的方式效率更高一些，但是成本下來了。原理就跟桶裝水一樣，一個桶裝10升，與分成小瓶裝的礦泉水相比，雖然水是一樣的，但是小瓶裝包裝成本高了。

工商業儲能中，戶外柜，即模塊化電源這種用的比較多，大工業用集裝箱，但是這種項目比較少。我們兩種方式都有，如果項目大的話，我們就采用集裝箱的，如果項目小，就采用戶外柜并聯的這種方式。

集成到一起便于維護和安裝，我們100kW-200kW這個功率段的工商業儲能產品就是集中式的?，F在電源效率達到95%，主流產品效率也是在95%左右。工商業儲能整個系統上直流側標準要求是93%以上，整個系統側在83%-87%，我們的工商業儲能效率能在87%左右。

2、傳統的光伏系統中，磁性元件損耗約占系統損耗的20%-30%，工商業儲能系統增加了直流轉交流功能模塊，損耗占比是否有上升?從降低系統損耗的角度而言，貴司對電感變壓器有何要求?

金升陽 郭啟利：工商業儲能中損耗占比是有上升的，大概占比30%-40%，因為是兩級損耗。但是具體情況也要看不同的方案，有些不同的方案也能避免一些損耗，也能把它當成一級損耗。

功率密度跟體積有關，體積小了，功率密度就大。功率電感是串聯在電路中，所以損耗是衡量它性能的一個重要指標，所以要選用低損耗的材質。此外，需要很大的感量來做儲能，需要高飽和磁通密度的材料。它經過直流，所以要有良好的直流疊加特性。

輸出濾波電感器是工商業儲能領域用的器件，對削峰填谷的要求比較高。整流后電流展平，對損耗要求高。輸出的紋波、電壓、電流的紋波都會對電感的穩定性有要求。

儲逆工程師 張工：功率電感主要用在大電流的電路拓撲中，損耗主要有磁芯損耗和繞組損耗。如果直流很大的話，銅損占的比例就挺大的。

光儲一體化里電源是直流轉直流的，主要的磁元件是功率電感。功率電感在電源里面是直流上面疊加交流的形式。交流會導致磁芯損耗，直流會導致繞組的線圈損耗。銅損可能占的比例還要大一些。

通常在設計的時候，銅損跟磁損可能都是達到某一個平衡的時候，磁元件的損耗達到最優。但是如果說希望它達到多少的時候，比如說電源的效率目標達到95%的時候，剩下5個點的損耗會分配給磁元件和開關器件。這個時候就看磁性元器件容許的損耗是占了多少個點，可能2%或者1.5%。如果要實現2%的損耗，就需要用體積去換它，如果在某一個體積下損耗不達標，那只能通過把體積放大來達到效率的提升。

降低磁元件的損耗就是降低磁芯的損耗和繞組的損耗，繞組的損耗就是把繞組的截面用的寬一些、厚一些，但這樣就犧牲了體積。另外一個就是材料的進步了，材料的損耗密度降低，那磁性損耗也會降低。

在設計中，是考慮體積優先和成本優先，還是說損耗優先，這需要在三者之間找平衡。有的工商業儲能場合對成本敏感的話，可能就要犧牲一下效率或損耗，如果是對效率比較敏感的話，可能犧牲的就是成本和體積。

工商業儲能里面可能對體積不是很敏感，但問題是體積增大了，磁元件里都是銅和鐵，材料成本會上升。所以就看工商業儲能中體積增大增加的成本還是損耗減小節省的成本哪個更劃算，最終還是要看工商業儲能系統的目標。

2、現在貴司的磁元件/磁性材料損耗達到多少?通過什么舉措降低磁元件/磁性材料的損耗?

銘普 楊建民：從磁性材料上講，我們用的磁性材料也是在100kW/m3這個級別。磁元件的損耗一個是在材料方面，另外一個是磁元件方面，主要通過磁集成和優化設計這些方式來降低損耗。主要根據客戶的應用場景去做調整，比如說選用什么材料，設計什么結構，這些都要根據客戶產品要求的不同來調整。

尚朋 董事長 楊仕機：尚朋的高頻磁性材料SSP-53應用頻率可達1-3MHz，以往在測試1MHz的時候，磁通密度通常是30mT，損耗約為80kW/m3，大部分人認為1MHz的磁芯損耗主要渦流損耗和剩余損耗，其實通過損耗分離后尚朋發現，在1MHz-2MHz的頻率內，磁滯損耗約占10-20%，渦流損耗占>80%，剩余損耗<5%，當頻率達到或者超過3MHz之后，磁滯損耗<5%，而渦流損耗和剩余損耗各占一半，隨著頻率更高，到了5MHz以后，剩余損耗>70%，剩下的30%為渦流損耗。

通過損耗分離，尚朋主打1MHz為中心應用頻率的材料SSP-53采用了兩種方式降低損耗，其一是通過添加添加劑和低溫燒結，細化晶粒后降低渦流損耗，其二是通過粉體工藝和燒結工藝調整晶體結構，晶體尺寸3-5um，且均勻，晶界清晰，少氣孔，以此來降低磁疇壁的不可逆位移，從而降低磁滯損耗，通過這兩種方式，尚朋的SSP-53在1MHz 30mT、1MHz 50mT條件下損耗分別達到了30 kW/m3 、70 kW/m3。

萬寶 線材工程師 趙軒：線材的損耗主要為電阻熱損耗，對于單根導體在低頻時主要為電阻熱損耗、在高頻時會產生集膚效應，從而會產生渦流導致等效阻值上升，最終也表現為熱損耗;對于漆包絞線導體，雖然鄰近效應會使得表面電流密度增加，加劇單根的屈服效應。但絞線在相同的產品截面積的同時，對有效截面積的提升作用大于鄰近效應，在整體上表現為可以有效減少部分集膚效應，因此線材的損耗與使用的條件密不可分。目前降低線材損耗的有效方法為增加有效截面積采用絞合線替代單根線、增加導電效果表面鍍銀等、針對特定用途設計針對性的導體結構等等。

工商業儲能

三、工商業儲能安全安規對電子變壓器、電感器提出的要求

1、不管是用戶側、電源側還是電網側儲能，安全性永遠是儲能的第一要求。工商業儲能產品的安全安規問題對電感器和變壓器提出了哪些要求?

金升陽 郭啟利：如果要安全，就要真正地做到調整工藝，比如說電感不能飽和，一致性要好，不能讓電感失效了，要保證性能能夠達到電感變壓器廠商的承諾。在設計的過程中就會根據承諾的性能來選擇不同的磁性元器件，然后我們進行不同的設計。

現在電感變壓器廠商和終端廠商是雙向選擇的。有一些是我們對他們提出要求，有一些是他們做好了，由我們來選擇。誰做得好我們就用誰的，誰的居里溫度高，我們就用誰的。雖然只要滿足基本條件就是可以的，但還要講究性價比。

張工：有些材料高溫的時候損耗會降低，或者是在80°-120℃的時候，損耗密度是最低的。材料主要是看絕緣的溫度，如果絕緣能夠滿足溫度就沒什么問題。因為磁元件溫度的瓶頸主要是在絕緣系統。

其實銅和鐵，溫度高一點沒關系，就擔心繞組的絕緣采集部分會失效，用耐溫度高的材料或者絕緣系統的話成本也是會上升的，所以任何一方面的成本和效率和品質的平衡。

2、有些磁性材料在高溫的時候損耗會變高，而磁元件的溫度瓶頸主要在于絕緣系統?，F在貴司的磁元件/磁性材料耐溫度性和絕緣程度如何?

銘普 楊建民：現在磁元件基本上正常都是可以達到155℃，我們也會開發一些180℃的一體成型電感。

尚朋 楊仕機：近期磁性材料要具備高溫性能的要求的客戶越來越多，特別是OBC、充電樁、光伏逆變器等大功率器件，要求其中的功率磁性材料具有高溫低損耗特性，溫度達到160℃，濾波材料則要求居里溫度提高到150℃以上，以上均是目前比較典型的高溫磁性材料要求。

尚朋主要生產研發銷售錳鋅功率和高導軟磁鐵氧體磁芯，在耐高溫磁性材料上，尚朋有比較多的成功開發案例，例如專門針對OBC、充電樁、光伏逆變器等大功率器件而開發的磁性材料SSP-96、SSP-96H系列，在25℃-160℃范圍內具有寬溫低損耗特點，特別是其100℃-160℃的損耗較常規PC95材下降超過20%，且高溫飽和磁通密度較常規PC95高10%以上，是專門用于大功率器件的錳鋅功率磁性材料。

再例如，為了配合汽車電子客戶，尚朋開發的高居里溫度濾波磁性材料SSH-10T，磁導率達到10000，居里溫度可達到150℃以上，可使用在汽車的各個位置的濾波器件上。

萬寶 趙軒：絕緣線的耐溫性主要影響因素為導體耐溫性和絕緣層的耐溫性，導體方面鋁材、銅材、鍍錫、鍍銀、鍍金、漆包線等都會影響耐溫等級，絕緣層方面目前繞組線主要為絕緣漆(130/155/180/200等)、聚酯類、尼龍類、氟樹脂類、聚酰亞胺、PEEK等等。我司目前的線材耐溫等級有130級、155級、180級在批量生產，絕緣性能均能滿足6000V 1min的測試，可根據客戶需求定制不同耐溫性和絕緣性的產品。

3、具有高性價比的磁性材料產品是工商業儲能企業最為看重的指標之一。貴司如何在提供高性能產品的同時降低成本?

銘普 楊建民：現在工商業儲能對磁性材料性能要求好一點，需要用到好一點的材料，價格肯定會偏高一些。降低成本也是通過磁集成優化這種設計方法，可以把產品縮小。產品縮小以后，單個產品可能不見得便宜，但是對工商業儲能企業來說體積縮小了，其他元器件成本也就節省了，所以整體來講能夠降低成本，而不是說單獨地降低電感器、電子變壓器的成本。

尚朋 楊仕機：尚朋在提供高性能產品的同時降低成本主要做了兩個方面改進，一個是開辟高性能產品的第二生產基地，專門配合迅速發展的新能源產業市場需求，以快速反應和專業化生產配合市場和降低成本;另一方面，新建高性能軟磁鐵氧體制粉(材料)工廠，該材料工廠將采用氧化物法工藝、高度自動化集成，通過自動化水平的提升降低產品成本，建成后，尚朋高性能軟磁鐵氧體材料的開發速度更快、更優、成本更低。

結語：

結合整機企業與行業人士的觀點來看，目前工商業儲能產品根據功率的大小分為模塊化電源和集中式電源。哪種方式效率更高、哪種更好這些都不能一概而論，而是要看具體的使用場景和不同廠家的方案。

在一定條件下，模塊化電源因為功率較小，產生的損耗也小，因此效率更高。但模塊化電源因為用的元器件更多、成本也提高了。而集中式電源適用于大功率場景，這樣管控起來更方便，成本也更低。目前工商業儲能主流產品功率集中在幾十到幾百kW之間，因此模塊化電源是工商業儲能中運用的較多的一種方式。

就工商業儲能中的效率、安全性、設計三個方面對電感器、電子變壓器提出的要求而言，需要電感器、電子變壓器廠商通過磁集成等工藝降低損耗、減小體積，提高產品穩定性。對磁性材料企業來說，需要磁性材料損耗密度降低，開發出更多耐高溫低損耗的磁性材料。對線材企業來說，需要降低繞組的損耗，減小趨膚效應，提高絕緣線的耐溫性和耐絕緣度。當然，在設計中需要考慮不同方案，需要對體積、成本、效率等多方面因素進行綜合考量。

《磁性元件與電源》認為，工商業儲能已是眾多資本紛紛入局的藍海之地，對電感器、電子變壓器企業來說，盲目入局只是逞匹夫之勇。工商業儲能是真正的商業市場，是用戶決定的市場，在搶占該市場前，更應審時度勢，做好謀略，如此方能“得工商業者得天下”。

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審核編輯 黃宇