本文转载自：贸泽电子微信公众号
为了实现低碳可持续发展，需要提高可再生能源的利用率，降低传统能源占比。但受限于天气等因素，可再生能源产生具有间歇性和不稳定性的特点。如何解决这一难题，实现像传统能源一样稳定的供电效果？储能系统将会发挥巨大作用。
电化学储能推动可再生能源转型
储能分为物理储能、化学储能和电磁储能三大类。当前以抽水蓄能为代表的物理储能仍是大型储能系统的主要方式，但以电化学储能为代表的新型储能正在迅速发展。电化学储能系统的优势在于功率范围较广、能量密度较高、安装部署便捷且技术成熟度较高，更适合与可再生能源搭配，构建智慧分布式电网。
在可再生能源的整个流转过程中，每个关键节点都离不开储能系统的参与。在发电侧，储能系统主要起到匹配电力生产和消纳、减轻电网压力等作用，其中新能源并网是发电侧电化学储能主要应用场景。
在电网侧，储能系统受到电网的实时监控，接收来自电力系统的统一调度指令，以实现电网侧调峰调频的需求，最终帮助提高电网响应灵活性、发挥全局性和系统性作用。在用户侧，企业用户借助储能系统可以通过自发自用节省购电成本，助力企业节能减排。家庭用户可以将家储系统与光伏系统相结合，将光伏能源直接供给家用电器使用，也能够将多余的电能反向售卖给中央电网。
图1：分布式储能系统（图源：IEA）
要实现低碳可持续发展，就要进一步提高可再生能源发电量；而可再生能源发电量的提升，也将推动全球储能市场规模快速增长。
趋势分析
据EIA预测，未来30年全球发电量将增长约70%，2050年将达到4.2万TWh；其中可再生能源将是最主要的电力来源，约占总发电量的56%。来自CNESA预测显示，2027年全球电化学储能产业装机规模将达1,138.9GWh，2021至2027年间复合增长率将高达61%。
图2：全球发电量预测（图源：毕马威分析）
我国是用电大国，并且仍有大量传统制造业正在转型升级过程中，这也就意味着中国的双碳目标的达成更具紧迫性和挑战性。2022年1月国家发改委和国家能源局联合发布的《“十四五”新型储能发展实施方案》指出，新型储能是构建新型电力系统的重要技术和基础装备，是实现碳达峰、碳中和目标的重要支撑，也是催生国内能源新业态、抢占国际战略新高地的重要领域。
图3：全球电化学储能装机量 *为预测值（图源：毕马威分析）
连接器和IGBT在储能系统中发挥重要价值
电池储能系统（Battery Energy Storage System，简称BESS）是能量储存的载体，为智能电网提供了平滑过渡、削峰填谷、调频调压等功能。
无论是大型储能系统还是小型家储系统，其结构通常都是模块化的。典型储能系统主要由储能电池模组、监控系统、电池管理系统、逆变器、光伏组件、汇流柜和传感器等部分构成，其中成本最高的是电池模组。相比起其它的应用器件需求，储能系统有一个独特之处在于，对连接器的数量、种类和技术要求更高。
图4：储能系统（图源：Phoenix Contact）
连接器：储能系统的脉络
储能电池模组的基本元件是电池单元，它们通过并联和串联切换的方式，组成一个个特定电压电流的电池组。多个电池组部署在一个外壳中，就成为了一个电池存储模块。各个电池模块之间又以串联的方式连接至高压箱内，再通过直流母线接入汇流柜中。这部分涉及到的连接器种类包括“插拔式连接器”、“汇流母排连接器”、“穿墙式连接器”和“自锁式接线端子”等。
而在储能系统各个子系统之间，又需要小电流、高速率和抗干扰的信号连接器进行连接。涉及到的连接器类型包括“插拔式连接器”、“自锁式接线端子”、“电池极连接器”以及各种电缆。据哔哥哔特产业研究室调研，1MW储能系统中所需要用的连接器多达1,400套，其中以电池模组中的使用量居多。
图5：储能系统中连接器用量（图源：哔哥哔特研究室）
对于储能系统内连接器而言，一部分潜在要求是有可靠的绝缘能力，以及对机械、热和化学影响的抵抗力。另外像导线弯曲半径、导线芯数等也有着相应的标准。而诸如母线连接器和电池极连接器等，通常对于耐压能力要求更高。
对于连接器的另外一部分要求来自安装维护人员。通常运维人员需要对电池组进行反复的插拔，为了提高效率和安全性，就要求连接器能够实现快速插拔，能够从各个角度插入，并且在一些需要区分正负极的场景中提供明确的标识，避免接反短路高温导致的线缆融化。
图6：储能电池所需连接器（图源：Phoenix Contact）
那么选择什么样的连接器才能够满足储能系统的要求呢？连接器厂商Phoenix Contact已经根据储能系统应用特点，结合自身的连接技术特长，提供了一系列全面的连接器产品组合。在此我们为大家推荐两款，第一款是“LPC 2.5带操作杆的可插拔接线端子”，在贸泽电子的料号为“1110629”。
图7：LPC 2.5带操作杆的可插拔接线端子（图源：Phoenix Contact）
该接线端子有几大优势：
一是电压范围高达300V，因此适用于光伏、储能和充电等高压场景。
二是采用免工具杆连接技术，闭合操作杆即可实现插拔式连接，在连接和释放带/不带套管的导线时可节省大量时间。
三是操作杆位置一目了然，能可靠提供有关接线区域是打开或是关闭的反馈信息。这些特性使其非常适用于需要大量现场设备连接的场景。
此外，该器件使用内置的测试元件，可快速方便地进行测试，螺栓法兰能保证高度的机械稳定性。
另一款为大家推荐的连接器为“电池汇流条连接器”，该器件在贸泽电子的料号为“1155597”。
图8：电池汇流条连接器（图源：Phoenix Contact）
该电池汇流条连接器可以直接连接支架汇流条上的电池模块，安装便捷；在未插入时也可确保电池模块具有防触电保护，安全可靠；适用于高达1,500V的应用，模块化设计支持40A至200A的标称电流范围；采用内置接口的弹簧笼连接，无需现场接线，简化了储能装置中滑入式系统的安装。此外，Phoenix Contact的电池汇流条连接系统还可为电池提供反向极性保护和触摸安全连接。
IGBT逆变器：储能系统的心脏
如果将连接器比喻成储能系统的脉络，那么逆变器就是储能系统的心脏，它直接控制着电网和电池之间的能量转换，在储能系统中逆变器成本占比仅次于电池。储能逆变器可以将交流电转换成直流电储存在蓄电池内；当发生断电的情况后，逆变器又能将蓄电池内的直流电转换成交流电供用户使用。此外，储能逆变器能够为用户提供电网电能与蓄电池电能之间的双向转换，方便用户进行并网和离网。
图9：BESS简化框图（图源：IEEE Access 8-188861）
逆变器中最关键、价值最高的组件就是IBGT，承载着变压、变频、交变转换等功能。而要实现储能系统高效可靠的功率转换，则要求IGBT有着超高的耐压等级、极低的导通阻抗和更快的关断速度等。
在整个储能系统的设计中，逆变器的设计部分可以说是最具有挑战性的，因为逆变器的转换效率决定了整个储能系统的能效，进而影响到了客户的收益回报率。而要实现高能效的逆变器设计，一方面要选择新的拓扑电路，另一方面就是要选择高能效的IGBT和MOSFET器件。
在此为大家推荐一款来自Vishay的IGBT功率模块，非常适用于逆变器、开关模式电源和UPS等应用，该器件在贸泽电子的料号为“VS-GT90SA120U”。
Vishay IGBT功率模块采用沟道PT IGBT技术，结合了Hexfred和Fret PT二极管技术。通过INT-A-PAK等功能可在需要高电压和大电流的板上实现有限高度要求的设计。此外，该模块内部还集成了热敏电阻，具有极低内部电感和低开关损耗，支持高效率的电源转换设计。
图10：Vishay IGBT功率模块（图源：Vishay）
结语
从人类的发展规律来看，生产力水平和能源消耗量成正相关。要实现可持续发展的同时继续提高生产力水平，则必然需要进行能源结构变革，提高可再生能源利用率。而可再生能源的利用率提高，势必会加速储能产业的发展。在储能产业大力发展的背后，连接器和IBGT作为其中的关键器件，将会进一步迎来新的市场空间。