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

　　圖1、電化學儲能系統結構示意圖

　　儲能變流器(PCS)產品應用于電網源/網/荷側多種場景，按照應用場景分類，可分為家庭戶用、工商業、集中式與儲能電站四類，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、電費管理、應急電源等。安裝于室內，對安規、EMC、噪聲等要求較高。

　　工商業：與分布式光伏結合，自發自用余電上網;或削峰填谷利用峰谷價差獲利;部分用戶也用其擴容。

　　集中式：多采用大功率IGBT模塊或并聯設計，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，系統可靠性得到保證，單機功率可到MW級。

　　儲能電站：與大功率集中式PCS類似， 采用IGBT模塊設計，一般N個交流器安裝到集裝箱內部， 需變壓器升壓接入電網。

　　圖2、儲能變流器產品形態與應用場景

　　上圖所示的超大功率的儲能電站，是大于10兆瓦級別，當進入百兆瓦級別則需要更多的電池組進行串并聯，不斷升壓、增大電流，提升功率，這就對電路設計以及交流側、直流側的拓撲結構優化提出了需求，對整個儲能電站系統的技術要求越高。作為儲能系統中的重要部分，儲能變流器(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、級聯式和智能組串式。

　　圖3、儲能變流器方案比較

　　儲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、具備孤島檢測能力進行模式切換、實現對電池管理及能量管理系統的通信功能、并網-離網平滑切換控制等，相對應的關鍵元器件有：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、電源管理芯片在儲能變流器里占比高、數量多，是必不可少的核心器件。工程師在設計儲能變流器時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、功率轉換效率、性價比等各種因素。

　　圖4、儲能變流器設計要求

　　儲能變流器是電力電子產品，接下來我們以其核心元器件及供應商做個簡單分析。1、IGBTIGBT在儲能變流器里的主要作用就是變壓、變頻、交變轉換等，不可或缺。IGBT是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。IGBT是能源變換與傳輸的核心器件，俗稱電力電子產品的“CPU”，同樣也是儲能變流器的“大腦”。2022年，我國IGBT產量達到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、富士電機、賽米控、安森美、意法半導體、丹佛斯、博世、安世、士蘭、斯達、新潔能、宏微、中車時代電氣、楊杰、貝茵凱、基本半導體、泰科天潤、賽晶、華潤微、比亞迪半導體、陸芯、銀茂微、芯控源、飛锃半導體、瞻芯等。

　　圖5、IGBT

　　2、MOS管MOS管在儲能變流器里的應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狀態應用在主回路中，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、意法半導體、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能變流器里擔負起對電能的變換、分配、檢測及其他電能管理的職責的芯片。主要負責識別CPU供電幅值，產生相應的短矩波，推動后級電路進行功率輸出。電源管理芯片可分為線性電源芯片、電壓基準芯片、開關電源芯片、LCD驅動芯片、LED驅動芯片、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、硅動力、富滿云矽、芯海、貝蘭德、力生美、創芯微、穩先微、寶礫微、易沖、拓爾微、恒成微、沁恒等。

　　圖7、電源管理芯片

　　4、MCUMCU芯片在儲能變流器里實現狀態采集、功能控制、通信和保護、單相并網儲能變流器前后級控制等功能。MCU原廠有德州儀器、恩智浦、意法半導體、微芯、英飛凌、瑞薩、東芝、笙泉、合泰、兆易創新、旋智、極海、賽元微、中穎、航芯、東軟載波、雅特力、國民技術、紫光國微、新唐、樂鑫、博通集成、復微、銳能微、瑞芯微、愛普特、小華半導體、廣芯微、先楫半導體、芯海、澎湃微等。

　　圖8、MCU

　　下圖是儲能變流器的方案實例，采用的旋智的MCU、陸芯的IGBT、功成半導體和尚陽通的MOS管。

　　圖9、旋智儲能逆變器方案

　　表1、旋智儲能逆變器部分元器件

　　EESA的數據顯示，2022年，中國企業儲能PCS全球出貨量為34.65GW，占全球儲能PCS出貨量的61.88%。其中，中國企業儲能中大功率PCS(30kW及以上)全球出貨量為19.76GW，在中國地區應用為15.28GW;中國企業儲能小功率PCS(30kW以下)全球出貨量為14.89GW。新能源儲能行業是長期優質超級賽道，未來數年將保持高速增長。現階段，儲能變流器將是芯片應用的下個增長點，市場格局尚未確定，眾多企業存在較大發展機遇。功率器件上的選型，有部分儲能變流器終端企業已開始選用氮化鎵芯片，氮化鎵芯片或模塊原廠有英飛凌、意法半導體、安森美、VisIC、PI、Transphorm、納微、英諾賽科、艾科微、聚能創芯、東科、氮矽、鎵未來、量芯微、能華、芯冠科技、鎵能半導體、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，過去數年已積累了儲能變流器芯片的優勢貨源。我們聚焦服務元器件長尾客戶群，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，為電子產業供需略盡綿薄之力。

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