電流轉換與控制的核心，IGBT在便攜儲能中的重要作用

電子發燒友網報道（文/黃山明）IGBT是實現直流（DC）到交流（AC）轉換的核心器件，它結合了MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）的輸入阻抗高和BJT（雙極型晶體管）的載流能力強的優點。在便攜儲能中，IGBT不僅確保了電能的有效轉換，還有助于提高整體系統的效率和可靠性。隨著新能源的發展，IGBT的需求也在不斷增長，顯示出其在能源轉換和管理領域的重要性。

IGBT的重要作用

所謂IGBT是一種大功率的電力電子器件，是一個非通即斷的開關，IGBT沒有放大電壓的功能，導通時可以看做導線，斷開時當做開路。其最大的特點就是高壓、大電流、高速。

在便攜儲能中，IGBT扮演著重要角色，主要負責變壓、變頻和交流轉換等核心功能。比如IGBT能夠有效地進行電壓和頻率的轉換，這對于便攜儲能系統來說至關重要，因為它們需要將電池產生的直流電轉換為可以供各種設備使用的特定電壓和頻率的交流電。

便攜式儲能設備通常需要將電池的直流電高效地轉換為適用于各種負載的電壓和頻率，如交流電輸出。IGBT作為電力電子器件中的核心組件之一，能夠實現高效率、高速度的直流-交流（DC-AC）逆變功能，使設備可以為交流電器供電。

同時IGBT適用于較低開關頻率和大電流的應用，其導通損耗比MOSFET更低，這使得IGBT在便攜儲能系統中能夠提供更高的效率和更低的能量損耗，尤其是在大電流的應用場合。

在BMS中，IGBT也用于執行快速且精準的電池充放電控制，確保安全可靠的能源傳輸，同時通過精細調節降低損耗，提高整體系統的能效比。IGBT具有開關速度快、阻斷電壓高的特點，因此常被用作電流限制或開關控制元件，以防止電路過載、短路等故障情況發生，保障整個儲能系統的穩定運行。

在成本控制上，由于儲能系統的成本主要由電池和儲能逆變器構成，其中儲能逆變器占到了相當一部分成本。IGBT作為儲能逆變器的關鍵原材料之一，對控制整體成本有重要影響。

具體來說，儲能系統成本主要由電池和儲能逆變器構成，兩者合計構成電化學儲能系統成本的80%，其中儲能逆變器占到20%。IGBT為儲能逆變器的上游原材料，IGBT的性能決定了儲能逆變器的性能，占逆變器價值量的20%-30%。

隨著半導體技術的進步，現代IGBT模塊體積小、重量輕，適合于便攜式儲能產品的緊湊設計需求，能夠在有限的空間內集成大功率轉換功能。而優質的IGBT具備良好的散熱性能和高溫穩定性，這對于可能在戶外極端環境下使用的便攜式儲能產品至關重要，確保設備即使在高溫條件下也能保持正常工作。

IGBT在儲能中的應用與發展

IGBT在儲能中的應用非常廣泛，而且至關重要，特別是在逆變器領域。它能夠實現直流電到交流電的轉換，使得電池等直流電源能夠為家用電器等交流負載提供電力。

比如在光伏、風能等新能源發電系統中，IGBT是構成高壓大功率逆變器的核心器件。通過IGBT，可將電池或超級電容器儲存的直流電轉換為交流電，并接入電網或者供給負載使用。

而在儲能系統的充放電過程中，IGBT被用于精確控制電流和電壓，確保充電效率高、放電平穩，同時保護電池不受損害，延長其使用壽命。

同時IGBT具有較高的開關速度和較低的導通損耗，可以有效提高整個儲能系統從存儲到釋放能源過程中的轉換效率，降低整體運營成本。作為電力電子變換設備的一部分，IGBT能夠實現諧波抑制、無功補償等功能，有助于提高并網儲能系統的電能質量。

不過隨著能源結構的轉型和新能源的發展，儲能技術也面臨著新的挑戰。例如，如何提高儲能系統的能量密度和安全性、如何降低儲能系統的成本和提高其壽命等。

隨著SiC和GaN等寬禁帶半導體材料的研發和應用，新一代的IGBT將結合這些新材料以進一步降低開關損耗和導通電阻，提高工作頻率和耐壓能力，從而實現更高性能的儲能逆變器。

將IGBT與其他元件如驅動電路、保護電路等進行集成封裝，形成智能化、模塊化的解決方案，簡化系統設計，降低成本并提高可靠性。還可以結合先進的數字信號處理技術和AI算法，未來的IGBT將在儲能系統中實現更精準的實時監控和自適應控制，以應對復雜多變的運行環境和負載需求。

針對戶外及特殊環境應用，IGBT會不斷提升高溫環境下穩定工作以及低溫啟動的能力，以滿足不同應用場景下的苛刻要求。

總的來說，未來在儲能中，IGBT將朝著高頻化、集成化、智能化、定制化的方向發展。以高頻化為例，通過提高IGBT的開關頻率，可以減小儲能逆變器的體積和重量，提高其功率密度。

而在定制化上，針對不同應用場景和客戶需求，定制化的IGBT將成為未來的一個重要發展方向。例如，針對新能源車輛的儲能逆變器需要高效率、高功率密度的IGBT，而針對家庭儲能的儲能逆變器則需要低成本、長壽命的IGBT。

小結

IGBT在便攜儲能系統中的作用不可或缺，它不僅確保了電能的有效轉換，還有助于提高整體系統的效率和可靠性。隨著新能源的發展，IGBT的需求也在不斷增長，顯示出其在能源轉換和管理領域的重要性。