磁极四合一磁集成：真正的卷，都在卷技术

在 “双碳” 目标的大背景下，储能技术作为能源转型的关键所在，正经历着日新月异的发展。储能变流器（PCS）作为储能系统的 “心脏”，其性能的优劣直接关系到整个系统的效率、成本和可靠性。

近期，依托于天津大学十余年的宽禁带半导体变流技术成果，天津恩特能源快速落地了全球首款145kW工商业储能变流器产品，其性能达到国际领先水平。

凭借着第三代半导体器件和四合一磁集成技术的完美融合，这款工商业储能变流器在成本、效率、功率密度和寿命等核心指标上实现了重大突破，为储能行业树立了新的标杆。

为了了解磁集成技术在储能变流器领域的应用现状，《磁性元件与电源》采访了这款储能变流器的磁集成产品解决方案供应商——国家级电气工程高级工程师、惠州市磁极新能源科技有限公司（简称“磁极新能源”）研发总经理海来布曲，共同探讨多合一磁集成的应用优势和技术挑战。

国家级电气工程高级工程师、磁极新能源研发总经理海来布曲

高频化与高功率密度的完美融合

工商业储能变流器的开关频率通常在 3.6 kHz 至 50 kHz 之间，具体取决于功率器件类型、电路拓扑结构、效率与损耗的平衡以及电磁兼容等因素的影响。

如常见的IGBT受开关损耗和散热影响，通常工作在 3.6–20 kHz 范围内；两电平的电路拓扑结构，开关频率也较低，一般是3.6–15 kHz。

而这款工商业储能变流器实现了碳化硅（SiC）器件、软开关控制技术和四合一磁集成技术的结合，将变流器的开关频率提升到了30–100kHz，是传统变流器的数倍之多。

四合一磁集成应用，145kW工商业储能变流器产品图

提高开关频率带来了一系列的好处。中国电源学会理事、天津大学王议锋教授对这款储能变流器在功率密度、充放效率和寿命提升等方面的优异表现给予了充分肯定：

功率密度提高2-6倍。磁集成后，该变流器体积更加小巧，能够灵活地应用于各种场景；重量也大幅减轻，降低了运输、安装的难度和成本。

更为重要的是，这种磁集成并非简单的物理合并，而是通过与先进的功率控制算法相结合，产生了协同效应。

一充一放效率提高3 - 5%。相较传统变流器88%-92%的充放循环效率，该产品轻载效率达95%，满载效率突破98.9%，一充一放的满载循环效率提高了 3 - 5%。这意味着在相同的储能容量下，用户能够获得更多的可用电量，显著提高了经济效益。

寿命提升2 倍以上。该变流器采用无电解电容设计和改进的智能自适应调制技术，通过精确控制开关过程与优化散热设计，变流器寿命提升至10-15年，较传统产品延长2倍以上，并且质保周期与储能系统核心部件对齐，从根本上解决了传统变流器中电解电容寿命短、易失效的问题。

中国电源学会理事、天津大学王议锋教授（右三）

采用碳化硅器件提高频率缩小体积，无疑是非常明智的选择，也是未来储能变流器产品的发展趋势。那这款产品是如何实现整体系统的降本，以消除碳化硅器件带来的成本上涨问题呢？磁集成技术在这个过程中又起到了哪些作用？

四合一 开大功率逆变电感磁集成先河

据海来布曲介绍，这款储能变流器采用了T型三电平电路拓扑结构（A/B/C/N四桥臂），每路 120 度交错，从结构设计角度看，需要 4 颗电感才能实现该电路的设计功能。

为了更好地降低系统成本，尤其是碳化硅器件导致的成本上升问题，磁极新能源结合电路拓扑结构特点，将电路上使用的4颗电感进行了磁集成设计，创造性地设计出了四合一磁集成电感。

这款四合一磁集成电感的出现，也突破了行业的两大难题：

一是解决了A、B、 C 三相对地的共模电流问题（即EMC问题），传统分立电感方案及早期磁集成方案均难以有效解决此问题。

二是解决了相位不平衡时电感易饱和的问题。磁集成后，由于存在相位不平衡（每相电流大小不一致），尤其是缺相时，电感容易进入饱和状态，这对磁性元件企业的设计能力提出了较高的要求，比如磁集成过程中对磁耦合的精确计算。

一般而言，磁集成耦合系数越小，意味着对磁集成设计或计算的精度要求越高，以往的磁集成方案只能解决相位不平衡时的饱和问题，但缺相带来的电感饱和问题始终无法解决。

很多磁集成方案通常需要在磁集成器件上添加非晶纳米晶或功率型锰锌铁氧体的屏蔽磁块，其原因就在于磁集成耦合系数不够低。

而这款磁集成电感的耦合系数是0.07，接近于零耦合，这是这款磁集成电感设计的精妙之处，也是这款磁集成电感性能优异的原因。

据海来布曲介绍，这款磁集成电感采用的材料是金属磁粉芯，并且磁芯实现了一体成型，大大简化了磁集成产品制造难度，提高了磁集成产品一致性和生产效率。

目前这种大功率的逆变电感磁集成在技术实现上是相当有难度的，据了解此前只有华为在光伏逆变器中，实现了三相七柱磁集成。这款磁集成电感的出现，也将类似的磁集成思路和实践拓宽到了工商业储能领域，且磁集成功率也进一步提高。

体积与重量降低30%-70%

高集成度的磁集成产品，虽然在设计或生产上更具难度，但其好处也是显而易见的。

传统储能变流器中，EMI滤波电感、网侧LCL滤波电感、辅助电源变压器等磁性元件体积占比达25%-40%，重量占比亦接近。

磁极新能源研发的四合一磁集成技术，巧妙地原本分散的4颗电感进行了磁集成设计，减少冗余空间占用，磁集成后体积与重量降低了30%-70%。

功率密度、效率双重提升

目前100kW左右的储能变流器，其磁性元件效率一般在98.5% 左右。

海来布曲告诉《磁性元件与电源》，这款四合一磁集成电感效率超过98.9%，进一步提高了磁性元件效率。

不仅如此，这款储能变流器系统功率密度之所以能提高2 - 6 倍，磁集成的设计功不可没。

相较于分立电感的方案，磁集成后功率密度提升了60%，大大促进了产品小型化进程。

优化磁路和选材 成本降低5%

另一方面，储能市场上游材料（如碳酸锂）价格持续走低；电芯从 280Ah 向 314Ah 升级加速，部分厂商清库存甩卖旧型号，进一步拉低价格。

上游材料成本下降叠加技术升级，推动储能系统成本持续下行，使降本成为2024年行业核心竞争焦点。

根据公开资料显示，2024年，2 小时磷酸铁锂储能系统全年中标均价从年初的约 1.1 元 / Wh 降至 0.628 元 /Wh，降幅达 43%，接近腰斩。

这种降价幅度，倒逼着产业链各个环节的企业必须进行技术创新。

传统的分立电感方案，除了体积占比过大，成本占比也在15% - 20%。随着功率的提高，分立磁性元件方案越来越难以适应新的技术发展需求。

这款磁集成产品通过优化磁路设计和选用新型磁性材料，磁集成后，在保证性能的同时，成本也减少了 5%。

四合一磁集成电感产品图

结语

磁极新能源这款四合一磁集成电感，通过多维度创新，实现了磁路重构与元件融合，在产品体积、重量、成本和功率密度等多个方面都有了明显提升。

王议锋教授特别提到，磁性元件如EMI滤波电感、网侧LCL滤波电感、辅助电源变压器等，占变流器体积和重量的25%-40%、成本的15%-20%。磁极新能源研发的磁集成技术和产品不仅可显著降低磁件的成本、体积及重量，同时通过与变流器先进功率控制方法相互结合，还可以改善变流器的动态响应特性、提升其电网支撑能力，例如在系统发生低电压穿越故障时，变流器的冲击电流不超过正常峰值电流，对储能电池和变流器均不会造成损害，大大提升系统的可靠性及使用寿命。

这不仅仅是一项技术上的创新，更是对储能行业发展模式的一次变革。通过整合磁集成技术、碳化硅器件和智能控制算法，磁极新能源的四合一磁集成电感实现了 “硬件 + 软件” 的深度协同优化，为储能变流器的设计提供了全新的思路。

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审核编辑 黄宇