【技术干货】储能系统是提升能源效率的关键

储能系统是提升能源效率的关键

能源存储系统（ESS）已经是提升能源应用效率相当重要的一环，通过将光伏系统产生的能源存储起来，以便在光伏系统运作效率较低时（如夜晚或阴天），将存储的能源提供给家庭或企业使用，或是将多余的电反馈给电网，是当前重要的热门应用之一。本文将为您介绍ESS的架构与应用，以及由Murata（村田制作所）所推出的相关解决方案的功能特性。

ESS结合再生能源系统存储过剩能量

ESS（Energy Storage System）是一种能源存储系统，它的主要功能是将电能转换为其他形式，以便在需要时再转换回电能。ESS可与太阳能、风能等再生能源系统结合，存储过剩的能量，并在天候不佳或用电高峰时提供稳定的电力。

ESS也可用于平衡微电网的能源供应和需求，提高系统的稳定性和可靠性，并可做为备用电源，提供紧急情况下的电力支持，确保系统的连续运行。ESS可以在低能耗时段充电，并在高峰时段放电，实现能量的时间平移，减少尖峰用电成本。此外，ESS也可被应用于电动车辆，提供高效能的电力存储，延长行驶距离并改善车辆性能。

ESS的架构和应用可以根据不同的需求和环境进行调整，一般性的ESS架构包括储能元器件、电力转换器、控制系统、系统冷却与保护等部分。

储能元器件可包括电池与超级电容，ESS的核心是电池，常见的电池包括锂电池、钴锂电池、镍锂电池等，这些电池可以存储电能以供之后使用，此外也可使用超级电容，可用于快速释放电能，应对瞬时高功率需求。

电力转换器可包括逆变器与转换器，逆变器用于将直流电转换为交流电，以供家庭、工业或电网使用，转换器则用于将电能转换为其他形式，例如机械能或热能。

控制系统是ESS的大脑，其中的智能控制器用于监控电池状态、负载需求和电网状态，并调节电池的充放电过程，以确保最佳性能和寿命。另外还有能源管理系统（EMS），可用于优化储能系统的运行，协调不同能源资源，提高系统效率。

为了ESS的安全运作，系统冷却与保护必不可少，冷却系统可保持电池和电子元器件的适当温度，以提高效能和延长寿命，安全保护则包括过电压保护、过电流保护、温度保护等，以确保储能系统的安全运行。

热敏电阻广泛应用于温度传感和控制

热敏电阻（Thermistor）是一种电阻值随温度变化而变化的半导体器件，主要应用于温度传感和电流控制的领域，可在ESS应用中担任温度传感的工作。根据电阻值随温度变化的方式，热敏电阻分为两大类，包括正温度系数热敏电阻（PTC thermistor）和负温度系数热敏电阻（NTC thermistor）。

PTC热敏电阻会随着温度上升，电阻值增加，主要用于过电流保护、温度开关和发热器件的自恢复保护。在电子设备中，当电流超过额定值时，回路中与保护对象串联的PTC其电阻值通过自身发热而上升，可以抑制当下的超额电流。此外，PTC热敏电阻也可作为温度开关，当系统温度超过预定值时，PTC电阻值增加，也可以触发相应的开关动作。

NTC热敏电阻则是会随温度上升，电阻值降低。这种特性可用于监测电子器件或设备的温度，以确保其正常运行。在一些应用中，NTC热敏电阻被用来补偿器件的温度变化，以维持稳定的性能。

热敏电阻在我们的生活中随处可见，它不仅被用作温度计、空调中的温度传感器件，抑或是智能手机、热水壶及熨斗中的温度控制器件，还可被用于各种电源器件中的电流控制。最近，随着车辆电动化程度的提高，热敏电阻越来越多地被用于电车项目：如车载电池包、激光雷达、等。另热敏电阻可广泛应用于各种工业及能源项目，其中包括电动车快速充电基础设施、太阳能逆变器、储能逆变器及电池包等。

完整的热敏电阻产品线满足不同需求

Murata推出各种类型的热敏电阻，可满足ESS应用的需求。Murata热敏电阻产品可分成NTC热敏电阻与PTC热敏电阻两大系列。NTC热敏电阻包括NCU高信赖性应用型、NCP消费级（民生）应用型、NCG导电胶实装型等。PTC热敏电阻则有PRF过热保护型与PRG过流保护型两种，其中在车载，及能源项目上尤NCU系列最为广泛应用。

Murata的NCU系列是SMD型的NTC热敏电阻。因其特殊结构：外部铜电极带来高可靠性，可灵活应用于各种需要温度检测，且苛刻的使用场景，它是Murata热敏电阻的主力成员，可用于对信赖性要求很高的汽车市场、工业及能源市场，实现宽温度范围的温度检测和温度补偿功能。

满足新能源应用需求的DC-DC转换器

Murata也推出一系列专门为栅极驱动电路设计的隔离DCDC转换器，包括适用于IGBT、SiC、MOS、GaN等产品线，通常用于新能源、运动与控制、移动性和医疗保健解决方案中。这些产品具有超低隔离电容3pF、优化的IGBT/SiC和MOS栅极驱动的双极输出电压、直流链路电压最高可承受3KV、针对局部放电的可靠性、dv/dt抗扰度在1.6kV下长时间可以承受高于80kV/µS等特性。

Murata特别将面向可应对高频率的下一代GaN功率半导体的绝缘DC-DC转换器商品化，为各种应用所需的快速功率转换做贡献。Murata推出的MGN1系列1W输出DC-DC转换器，设计提供GaN器件栅极驱动器所需的电压。

MGN1系列器件提供薄型、小占地面积、表面贴装解决方案，可轻松集成到空间有限的系统中。它们还具有轻量级的优势，这带来了更大的部署机会。提供的输出电压为+8V、+12V和+6/-3V。

MGN1系列DC-DC转换器的关键属性之一是2.5pF（典型值）的超低隔离电容。通过这种方式，隔离栅上的瞬态耦合被最小化，从而防止信号失真。此外，这意味着系统EMI问题可以缓解。这些器件的>200kV/μs共模瞬态抗扰度（CMTI），使其非常适合基于GaN系统的高开关速度，进一步确保栅极驱动器信号的完整性。由于其免疫局部放电，可在高电压条件下保持可靠运作。

Murata MGN1系列中的DC-DC转换器支持1.1kV的连续隔离栅耐受电压，这些转换器的爬电距离和间隙数据为6.5mm，-40℃至+105℃的工作温度范围使它们能够安装在极具挑战性的环境中。此外，它们也结合了反极性和短路保护机制。

新型DC-DC转换器可用于多种基于GaN的应用，其中包括电动车快速充电基础设施、电池存储转换器、智慧电网实施、太阳能逆变器、固态开关断路器、ICT和数据中心、风力涡轮机和电机驱动器。

结语

能源存储系统结合新能源应用将能充分提升能源的利用效率，其中需要众多关键器件来对能源存储系统进行管理、控制与安全防护，相关应用市场极具潜力。Murata推出全系列的热敏电阻与DC-DC转换器，将能够提供能源存储系统更优的监控能力与能源转换效率，值得有意进入这个市场的厂商进一步了解与采用。

审核编辑：黄飞