早前我们整理出品两篇文章：《新能源之储能BMS芯片选型浅析》和《新能源之光伏逆变器器件选型浅析》，完整的电化学储能方案包括储能电池管理系统(BMS)、电池组、储能变流器(PCS)和能量管理系统(EMS)。储能变流器(PCS)是连接储能电池系统和电网的双向电流可控转换装置。储能变流器(PCS)将电池系统输出的直流电转换为可供电网输送的交流电，并根据能量管理系统(EMS)的指令和电池管理系统(BMS)提供的参数，精确快速调节电压、电流、频率和功率等，实现恒功率恒流充放电和平滑波动性电源输出，保障电池安全，提高传输效率和电能质量。

　　图1、电化学储能系统结构示意图

　　储能变流器(PCS)产品应用于电网源/网/荷侧多种场景，按照应用场景分类，可分为家庭户用、工商业、集中式与储能电站四类，功率不断增大。家庭户用：与户用光伏配合使用，作为电量搬移、电费管理、应急电源等。安装于室内，对安规、EMC、噪声等要求较高。

　　工商业：与分布式光伏结合，自发自用余电上网;或削峰填谷利用峰谷价差获利;部分用户也用其扩容。

　　集中式：多采用大功率IGBT模块或并联设计，同功率下体积可做到最小，交换效率较高。使用功率器件较少，系统可靠性得到保证，单机功率可到MW级。

　　储能电站：与大功率集中式PCS类似， 采用IGBT模块设计，一般N个交流器安装到集装箱内部， 需变压器升压接入电网。

　　图2、储能变流器产品形态与应用场景

　　上图所示的超大功率的储能电站，是大于10兆瓦级别，当进入百兆瓦级别则需要更多的电池组进行串并联，不断升压、增大电流，提升功率，这就对电路设计以及交流侧、直流侧的拓扑结构优化提出了需求，对整个储能电站系统的技术要求越高。作为储能系统中的重要部分，储能变流器(PCS)也因此演化出多种解决方案：集中式、组串式、集散式、模块化、级联式和智能组串式。

　　图3、储能变流器方案比较

　　储能变流器的主要功能包括过欠压、过载、过流、短路、过温等的保护、具备孤岛检测能力进行模式切换、实现对电池管理及能量管理系统的通信功能、并网-离网平滑切换控制等，相对应的关键元器件有：功率器件(IGBT、MOS管)、MCU、电源管理芯片、电容、电抗器、散热器等，其中IGBT、MOS管、电源管理芯片在储能变流器里占比高、数量多，是必不可少的核心器件。工程师在设计储能变流器时得着重考虑元器件的选型及排布、功率和磁性元件的选型及散热、功率转换效率、性价比等各种因素。

　　图4、储能变流器设计要求

　　储能变流器是电力电子产品，接下来我们以其核心元器件及供应商做个简单分析。1、IGBTIGBT在储能变流器里的主要作用就是变压、变频、交变转换等，不可或缺。IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子产品的“CPU”，同样也是储能变流器的“大脑”。2022年，我国IGBT产量达到0.41亿只，需求量约为1.56亿只，自给率26.3%。IGBT原厂有英飞凌、三菱电机、富士电机、赛米控、安森美、意法半导体、丹佛斯、博世、安世、士兰、斯达、新洁能、宏微、中车时代电气、杨杰、贝茵凯、基本半导体、泰科天润、赛晶、华润微、比亚迪半导体、陆芯、银茂微、芯控源、飞锃半导体、瞻芯等。

　　图5、IGBT

　　2、MOS管MOS管在储能变流器里的应用主要为前级升压和后级逆变两部分。前级升压将电池电压升至高压，后级逆变将高压逆变成交流电。MOS管作为功率器件主要以开关状态应用在主回路中，此外还有放大、阻抗变换、振荡等等作用。MOS管原厂有英飞凌、三菱电机、意法半导体、特瑞仕、威世、美台、东芝、万国、罗姆、安森美、美格纳、赛力康、安世、士兰、丽隽、微硕、华矽、麦思浦、功成半导体、东微、安世、微碧、威兆、飞虹、可易亚、爱仕特、华羿微电、瑶芯微、新洁能、华润微、尚阳通、美浦森、真茂佳等。

　　图6、MOSFET

　　3、电源管理芯片

　　电源管理芯片是在储能变流器里担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片。主要负责识别CPU供电幅值，产生相应的短矩波，推动后级电路进行功率输出。电源管理芯片可分为线性电源芯片、电压基准芯片、开关电源芯片、LCD驱动芯片、LED驱动芯片、电压检测芯片、电池充电管理芯片等。电源管理芯片原厂有德州仪器、亚德诺、英飞凌、意法半导体、恩智浦、安森美、微芯、PI、MPS、东芝、罗姆、瑞萨、杰华特、贝岭、天德钰、昂宝、能达微、英集芯、力芯微、晶丰明源、明微、必易微、希荻微、赛微微电、富满微、南芯、钰泰、圣邦、帝奥微、中颖、韦尔、南麟、矽力杰、炎黄国芯、安森德、源微、艾为、森木磊石、灿瑞、思瑞浦、东科、华源智信、茂捷、水芯电子、智融、茂睿芯、美芯晟、硅动力、富满云矽、芯海、贝兰德、力生美、创芯微、稳先微、宝砾微、易冲、拓尔微、恒成微、沁恒等。

　　图7、电源管理芯片

　　4、MCUMCU芯片在储能变流器里实现状态采集、功能控制、通信和保护、单相并网储能变流器前后级控制等功能。MCU原厂有德州仪器、恩智浦、意法半导体、微芯、英飞凌、瑞萨、东芝、笙泉、合泰、兆易创新、旋智、极海、赛元微、中颖、航芯、东软载波、雅特力、国民技术、紫光国微、新唐、乐鑫、博通集成、复微、锐能微、瑞芯微、爱普特、小华半导体、广芯微、先楫半导体、芯海、澎湃微等。

　　图8、MCU

　　下图是储能变流器的方案实例，采用的旋智的MCU、陆芯的IGBT、功成半导体和尚阳通的MOS管。

　　图9、旋智储能逆变器方案

　　表1、旋智储能逆变器部分元器件

　　EESA的数据显示，2022年，中国企业储能PCS全球出货量为34.65GW，占全球储能PCS出货量的61.88%。其中，中国企业储能中大功率PCS(30kW及以上)全球出货量为19.76GW，在中国地区应用为15.28GW;中国企业储能小功率PCS(30kW以下)全球出货量为14.89GW。新能源储能行业是长期优质超级赛道，未来数年将保持高速增长。现阶段，储能变流器将是芯片应用的下个增长点，市场格局尚未确定，众多企业存在较大发展机遇。功率器件上的选型，有部分储能变流器终端企业已开始选用氮化镓芯片，氮化镓芯片或模块原厂有英飞凌、意法半导体、安森美、VisIC、PI、Transphorm、纳微、英诺赛科、艾科微、聚能创芯、东科、氮矽、镓未来、量芯微、能华、芯冠科技、镓能半导体、熙素微、亚成微、茂睿芯、镓华微、元拓高科、芯干线等。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平台，过去数年已积累了储能变流器芯片的优势货源。我们聚焦服务元器件长尾客户群，让每一家芯片原厂或分销商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，帮助工程师的方案选型、试样及采购，为电子产业供需略尽绵薄之力。

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