高功率、快速充放电，如何解决储能产品面对的难题？

电子发烧友网报道（文/黄山明）作为能源转型和电力系统现代化的关键组成部分，储能在提高能源效率、优化电力资源配置、增强电网稳定性和促进新能源消纳等方面发挥着重要作用。2023年，中国新型储能市场发展迅速，新增装机规模约2260万千瓦/4870万千瓦时，表明储能市场得到了显著的投资增长和政策支持。
 
面对这一巨大的市场，众多相关企业都参与其中，安森美（onsemi）便是其中之一。在储能领域，安森美通过其在功率半导体、电源管理和能源转换方面的深厚经验和技术实力，为全球客户提供了一系列解决方案和产品，以应对能源储存系统方面的挑战。
 
如何解决储能产品高功率、快速充放电难题？
 
随着新能源技术的发展，如今的储能产品开始应用到越来越多的场景中。而这些新场景对于储能的性能要求也更加严苛，比如在为电动汽车和电网调频服务时，储能技术需要具备快速充放电能力和高功率输出特性，这对储能产品中的半导体器件带来了挑战。
 

安森美现场应用工程高级经理庄伟君(WK Chong)

 
为此，电子发烧友网采访到了安森美现场应用工程高级经理庄伟君(WK Chong)，他认为在储能系统中，要具备快速充放电能力和高功率输出特性，SiC的使用会是个重要趋势，因其作为新一代半导体材料具有耐高压、耐高温、低损耗的特点，基于SiC的功率器件可以实现更快的开关速度、更低损耗等显著优势。
 
安森美作为全球少数几家可提供从晶体生长到晶圆制造再到成品封装的垂直整合的供应商之一，凭借其完整的SiC产品供应链和领先市场的效率，能够为客户提供所需的供应保证，以支持未来快速增长的市场。
 
在产品的能效方面，安森美的SiC器件保持了持续领先，如最新的1200 V M3S EliteSiC MOSFET系列产品，具有领先业界的超低开关损耗Eon/Eoff值，可实现高频开关，低反向恢复损耗，结到外壳的热阻低。
 
与IGBT相比，SiC器件在高电压和大电流应用中具有更多优势，例如可实现高频开关。尽管 IGBT 仍是电池储能系统设计中的首选，但考虑到不同的开关策略，在某些部分采用碳化硅器件可以获得更好的性能。
 
针对不同拓扑结构的能量转换系统设计，安森美已研发出全线多种IGBT与IGBT+SiC Hybrid模块产品，功率覆盖5kW-360kW，充分满足户用、工商业、光储一体化系统及大型电站需求。
 

 
而在大功率转换应用中，高压是一个明显的趋势，因为高压可以在相同输出功率下带来更低的电流，减少系统损耗和电缆直径。然而，高压系统也对元器件提出了挑战。储能系统通常与光伏逆变器系统配合使用，在1500V光伏系统中，一般首选多电平电路中额定电压为1200V的功率器件，或两电平拓扑结构中额定电压为2000V的碳化硅MOSFET。此外，必须仔细考虑由更高电压和更大功率引起的安全和电磁干扰问题。
 
为此，安森美在产品设计中充分考虑了安全性，通过多层防护措施确保了储能系统的安全稳定运行。公司的功率半导体产品具备过流保护、过压保护、短路保护等多种安全保护功能，能够在异常情况下及时响应，保护系统免受损害。
 
此外，安森美还注重产品的长期可靠性和耐久性。公司通过严格的质量控制流程和先进的测试技术，确保每一个出厂的器件都符合最高的安全和性能标准。这些措施包括对器件进行高温操作、雪崩测试和长期老化测试，以模拟实际使用中的极端条件和长期运行情况。
 
看好储能市场，持续投入布局
 
近年来，储能市场发展迅速，以中国市场为例，截至2023年底，全国已建成投运的新型储能项目累计装机规模达到3139万千瓦/6687万千瓦时，平均储能时长为2.1小时。新增新型储能装机直接推动经济投资超过1000亿元，带动了产业链上下游的进一步拓展，成为经济发展的新动能。
 
对此，庄伟君(WK Chong) 表示安森美非常看好储能市场的发展前景，储能系统正在成为扩展智能和分布式能源电网的核心组成部分，尤其是光储充一体化架构日趋成熟，对于可持续发展至关重要。
 
安森美还在为直流耦合储能系统和交流耦合储能系统提供高能效、具有成本竞争力的解决方案方面具有独特的优势。同时安森美也具备宽广的功率器件组合，例如在储能变流器（PCS）方面，安森美提供高能效、高功率密度和高可靠性的功率器件，如IGBT、SiC和MOSFET，用于控制电池和电网之间的能量转换，能够满足储能系统的要求。
 

 
同时，安森美还与多家能源基础设施企业合作，为其提供碳化硅和逆变功率集成模块（PIM），用于能源基础设施的逆变器，这些合作关系使安森美能够在能源基础设施领域发挥重要作用。目前，全球前10大光伏逆变器中的8家都与安森美签订了战略协议。
 
据庄伟君(WK Chong) 透露，随着市场对SiC半导体的需求不断增长，安森美加大了投资力度，扩建了在韩国的SiC生产线，该产线在2023年9月便已经竣工，全负荷生产时，该晶圆厂每年将能生产超过一百万片8吋SiC晶圆。这一举措大幅提升了公司的SiC产能，确保了对全球市场的芯片供应，同时也为公司未来的发展奠定了坚实的基础。
 
安森美还计划进一步扩大其在全球的研发和制造能力，以满足日益增长的市场需求。公司将继续投资于新技术的研发，如更高效的功率器件、更先进的封装技术以及更智能的能源管理系统。此外，安森美还将加强与客户的合作，通过定制化的解决方案和服务，更好地满足客户的特定需求。
 
小结
 
在全球能源转型的大背景下，储能技术的发展对于实现可持续发展具有重要意义。安森美通过技术创新和市场布局，成功应对了储能技术面临的高功率、快速充放电等挑战，为储能市场的发展提供了强有力的支持。随着新能源时代的到来，安森美将继续发挥其在储能领域深耕多年的技术实力，推动行业的进一步发展，为实现清洁能源的广泛应用和全球能源结构的优化做出更大的贡献。