電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）當(dāng)前，在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，新能源發(fā)電占比持續(xù)提升，但風(fēng)能、光伏的間歇性與波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能（通常指放電時(shí)長(zhǎng)4小時(shí)以上的儲(chǔ)能系統(tǒng)）作為解決新能源消納、保障電網(wǎng)供需平衡的核心技術(shù)，已成為能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵支撐。

而隨著電網(wǎng)級(jí)、工商業(yè)級(jí)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目規(guī)?；涞?，其運(yùn)行環(huán)境（高溫、高壓、長(zhǎng)周期充放電）對(duì)核心元器件提出了遠(yuǎn)超傳統(tǒng)儲(chǔ)能的嚴(yán)苛要求。元器件作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要組成，其可靠性直接決定系統(tǒng)壽命、效率與安全。

長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能對(duì)元器件的三大核心挑戰(zhàn)

由于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)通常需要在高溫環(huán)境、高壓應(yīng)力下實(shí)現(xiàn)數(shù)千次循環(huán)運(yùn)行，傳統(tǒng)工業(yè)級(jí)元器件難以適配，這里主要面臨著三大核心挑戰(zhàn)。

一個(gè)是極短溫度下引發(fā)的性能衰減，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能集裝箱在夏季密閉環(huán)境下內(nèi)部溫度可達(dá)55℃以上，冬季低溫環(huán)境可能低至-40℃，溫度波動(dòng)直接沖擊元器件穩(wěn)定性。而電解電容作為濾波核心部件，高溫會(huì)加速電解液干涸，導(dǎo)致容量下降10-30%，ESR增大30-50%，濾波效果顯著減弱，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)鼓包爆裂，普通電容在65℃環(huán)境下壽命僅為25℃環(huán)境的1/8。

而功率半導(dǎo)體結(jié)溫每升高 10℃，壽命減半，高溫下導(dǎo)通電阻增大形成“熱-失效”正反饋，如傳統(tǒng)硅基IGBT在125℃以上結(jié)溫時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗增加40%以上。

電感繞組電阻隨溫度上升呈線性增長(zhǎng)，納米晶磁芯在高溫下飽和磁通密度下降，導(dǎo)致儲(chǔ)能能力降低，低溫則會(huì)導(dǎo)致磁芯脆化、繞組絕緣層開(kāi)裂。電阻類元件遵循阿倫尼烏斯定律，溫度每升高10℃壽命減半，同時(shí)阻值漂移引發(fā)電路精度偏差，影響B(tài)MS監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性。

其次是高壓大電流帶來(lái)的電氣應(yīng)力，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)為提升能量密度與轉(zhuǎn)換效率，普遍采用1500V高壓架構(gòu)，直流母線電流可達(dá)數(shù)千安培，對(duì)元器件絕緣、通流能力提出更高要求。而電容在高壓波動(dòng)下容值穩(wěn)定性下降，若電壓超出額定值10%，壽命將縮短50%，直流母線電容還需承受高頻紋波電流沖擊。

功率器件面臨高電壓擊穿與大電流熱損耗雙重風(fēng)險(xiǎn)，SiC MOSFET雖性能更優(yōu)，但長(zhǎng)期高壓工作易出現(xiàn)雙極性退化。

連接器與母排需承受高電壓下的電暈放電，大電流導(dǎo)致的接觸電阻發(fā)熱會(huì)加速金屬氧化，形成“溫升-氧化”惡性循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)接觸不良。以及電流傳感器需在數(shù)千安培大電流與±1%精度之間實(shí)現(xiàn)平衡，同時(shí)抵御高頻電磁干擾。

最后是長(zhǎng)期運(yùn)行的累積退化效應(yīng)，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命通常為15-20年，這意味著需要完成6000次以上深度充放電循環(huán)。這會(huì)讓電池電極材料在周期性膨脹收縮中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)疲勞，電極/電解質(zhì)界面阻抗逐年增大，導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換效率下降，每年容量衰減約2-3%。

同時(shí)金屬化薄膜電容在長(zhǎng)期電場(chǎng)作用下出現(xiàn)介質(zhì)老化，局部放電引發(fā)電容擊穿風(fēng)險(xiǎn)。電氣遷移現(xiàn)象加劇，金屬離子在高電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)，可能導(dǎo)致芯片引線斷裂或短路。并且元器件之間的協(xié)同工作誤差累積，如BMS檢測(cè)精度漂移、傳感器老化，會(huì)放大系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

廠商的核心應(yīng)對(duì)方案與技術(shù)創(chuàng)新

為了針對(duì)以上的挑戰(zhàn)，全球主流廠商從材料升級(jí)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、系統(tǒng)集成三個(gè)維度推出專項(xiàng)產(chǎn)品與解決方案，形成全方位技術(shù)支撐體系。例如溫度控制是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能元器件穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，液冷技術(shù)已成為主流解決方案。

其中英維克推出儲(chǔ)能專用沉浸式液冷系統(tǒng)，采用乙二醇水溶液作為冷卻介質(zhì)，散熱效率較傳統(tǒng)風(fēng)冷提升3倍，控溫精度實(shí)現(xiàn)±1℃，已成功應(yīng)用于青海、內(nèi)蒙古等多個(gè)百M(fèi)W級(jí)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目，使元器件工作溫度穩(wěn)定在25-35℃最優(yōu)區(qū)間。

三花智控為儲(chǔ)能行業(yè)定制高壓液冷系統(tǒng)，通過(guò)微通道冷板設(shè)計(jì)提升冷卻均勻性，較傳統(tǒng)方案溫差顯著降低，已覆蓋GWh級(jí)儲(chǔ)能項(xiàng)目。泰鉑科技創(chuàng)新“無(wú)冷板式液冷系統(tǒng)”，取消傳統(tǒng)液冷的冷板與部分管路，通過(guò)電芯直接接觸冷卻介質(zhì)降低熱阻，實(shí)現(xiàn)成本與安裝效率的雙重優(yōu)化，已應(yīng)用于集裝箱式儲(chǔ)能系統(tǒng)。

功率半導(dǎo)體作為能量轉(zhuǎn)換的核心，也正向著高耐壓、低損耗、長(zhǎng)壽命的方向升級(jí)。例如英飛凌推出的FF450R17ME4 IGBT模塊，耐壓等級(jí)1700V，額定電流450A，導(dǎo)通壓降典型值1.95V，已批量應(yīng)用于314Ah大電芯PCS系統(tǒng)，支持8小時(shí)長(zhǎng)時(shí)放電。

基本半導(dǎo)體的BMF240R12E2G3 SiC模塊，內(nèi)嵌肖特基勢(shì)壘二極管替代體二極管，徹底消除雙極性退化問(wèn)題，開(kāi)關(guān)損耗顯著降低，已配套傾佳電子的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能PCS產(chǎn)品。

此外，電容與電感的性能優(yōu)化直接提升系統(tǒng)效率與穩(wěn)定性，如順絡(luò)電子的納米晶合金磁芯電感，針對(duì)高頻、高功率密度場(chǎng)景，采用扁平線繞制工藝降低集膚效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)極低的DCR和優(yōu)異的高頻低損耗特性，有效減少長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行中的能量損耗，已批量應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、AI服務(wù)器及雙向DCDC模塊。銘普光磁的四合一磁集成電感方案已實(shí)際用于儲(chǔ)能變流器，體積減少30%-70%，成本也可進(jìn)一步降低。

BMS與傳感技術(shù)更是保障長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行可靠性的重要保障，如TI推出的BQ79616可堆疊電池管理單元，支持高壓系統(tǒng)擴(kuò)展，電芯電壓檢測(cè)精度±1.5mV，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

海博思創(chuàng)推出的電芯級(jí)監(jiān)測(cè)BMS，其電芯電壓檢測(cè)精度可達(dá)±0.05V，溫度檢測(cè)精度可達(dá)±0.1℃，并配套主動(dòng)均衡模塊。該方案通過(guò)精準(zhǔn)管控有效抑制電芯一致性衰減，從而顯著提升電池組循環(huán)壽命。作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商，海博思創(chuàng)的BMS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多個(gè)GWh級(jí)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能電站。

而在傳感領(lǐng)域，Allegro的ACS37002MA電流傳感器實(shí)現(xiàn)±1%全溫域精度，支持10kA浪涌保護(hù)，內(nèi)阻小于0.8mΩ，適用于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能直流母線保護(hù)。

還有一些廠商提出了系統(tǒng)級(jí)的解決方案，例如海辰儲(chǔ)能推出的∞Cell 1175Ah超大容量電芯，搭配雙模態(tài)熱防護(hù)系統(tǒng)，循環(huán)壽命≥11,000次，20尺集裝箱儲(chǔ)能容量達(dá)6.25MWh，適配4-8小時(shí)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能場(chǎng)景。

陽(yáng)光電源1500V儲(chǔ)能系統(tǒng)采用SiC功率器件，循環(huán)效率>90%，集成“三電融合”技術(shù)，宣稱具備SCR<1.018的極弱電網(wǎng)支撐能力，支持VSG虛擬同步機(jī)技術(shù)。該系統(tǒng)采用液冷溫控實(shí)現(xiàn)電芯溫差<2.5℃，已通過(guò)挪威船級(jí)社DNV認(rèn)證。已服務(wù)于青海特高壓外送基地、山東萊州光儲(chǔ)融合電站、西藏多個(gè)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能電站、云南文山電站及英國(guó)門迪100MW/100MWh儲(chǔ)能電站等項(xiàng)目，適配長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)需求。

總結(jié)

未來(lái)，隨著長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能向10小時(shí)以上放電時(shí)長(zhǎng)、GW級(jí)容量規(guī)模演進(jìn)，元器件技術(shù)還將面臨新的突破方向，一方面，需持續(xù)探索更耐高溫的陶瓷介質(zhì)、更抗衰減的半導(dǎo)體材料，進(jìn)一步降低長(zhǎng)期運(yùn)行的性能損耗；另一方面，需加快元器件標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，解決不同廠商產(chǎn)品的兼容性問(wèn)題，降低系統(tǒng)集成成本。同時(shí)，結(jié)合數(shù)字孿生、AI預(yù)測(cè)等智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)元器件健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與壽命預(yù)警，將成為提升長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期經(jīng)濟(jì)性的重要路徑。