如何將電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能提升到更高水平？

可再生能源（如太陽能和風(fēng)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(shí)使用電池儲(chǔ)存多余的能量是有必要的。本文介紹了住宅和商用電池儲(chǔ)能系統(tǒng) (BESS) 之間的區(qū)別及其各自的常見電路拓?fù)?。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(shí)施概覽

采用 BESS 的優(yōu)勢(shì)

使用帶有儲(chǔ)能電池的并網(wǎng)/離網(wǎng)太陽能逆變器系統(tǒng)，為住宅和商業(yè)用戶帶來諸多好處，包括：

●  價(jià)格：儲(chǔ)存能量，可作為公用事業(yè)供應(yīng)商的替代方案來降低電費(fèi)。

●  自給自足：儲(chǔ)存能量，可以減少（或消除）對(duì)電網(wǎng)供電的依賴。

●  備用電源：儲(chǔ)存電力，可在主電力故障時(shí)用作替代電源。

BESS 主要構(gòu)建模塊

BESS 通常包括四大構(gòu)建模塊：

●  可充電電池模塊：包括機(jī)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(tǒng) (BMS)：BMS 系統(tǒng)可以保護(hù)和管理可充電電池，確保它們安全工作。

●  變流器 (PCS)：PCS 系統(tǒng)將電池組連接到電網(wǎng)和負(fù)載

●  能源管理系統(tǒng) (EMS)：該軟件可以監(jiān)測(cè)、控制和優(yōu)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(jí)（住宅或商業(yè)）分類。直流耦合系統(tǒng)或混合逆變器只需要一個(gè)電源轉(zhuǎn)換步驟，而交流耦合的能量存儲(chǔ)是現(xiàn)有直流耦合系統(tǒng)的升級(jí)版本。

圖 2：住宅交流耦合（左）和直流耦合（右）ESS

雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器連接電池組和直流鏈路。單相系統(tǒng)的母線電壓通常小于 600 V，而充放電功率不會(huì)超過 10 kW。降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是最常見的雙向 DC-DC 拓?fù)?，因?yàn)樗枰慕M件少且易于控制。兩個(gè) 650 V IGBT 或 MOSFET 搭配并聯(lián)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(tǒng)。

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(zhuǎn)換器 (DAB) 或 CLLC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為 BESS 提供了隔離型雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)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(cuò)的選擇。

商業(yè)和企業(yè)場(chǎng)所以及具有更大功率需求的家庭采用標(biāo)準(zhǔn)的三相電源。在三相應(yīng)用中，電源開關(guān)必須能夠承受所需的工作電壓和電流，以提供高達(dá) 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(dá) 1000 V）。為此，可以使用 1200 V 器件，例如采用三級(jí)對(duì)稱降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

商用 BESS

商用儲(chǔ)能系統(tǒng)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(gè)三相子系統(tǒng)組成，功率范圍從幾十千瓦到超過 100 kW 不等。標(biāo)準(zhǔn)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(yè)規(guī)模系統(tǒng)中可能高達(dá) 1500 V。

商用 BESS 中更常用的是交流耦合系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兛梢暂p松添加到現(xiàn)有設(shè)計(jì)中。此外，集中式儲(chǔ)能單元更易于安裝和維護(hù)。相比之下，直流耦合系統(tǒng)采用的分布式電池組則需要更大的空間和更高的維護(hù)成本。

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