• LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • PARTNERLOGIN

ElektronikFOKUS

Fokus på elektronik

  • Branchenyt
  • Design & udvikling
  • Events
  • IoT & embedded
  • Komponenter & konnektorer
  • Power
  • Produktion
  • Test & mål
  • Wireless & data
  • Artikler fra Aktuel Elektronik

AktueltDesign & udviklingPower15. 08. 2023 | Rolf Sylvester-Hvid

Bedre energilagringssystemer med siliciumcarbid

AktueltDesign & udviklingPower15. 08. 2023 By Rolf Sylvester-Hvid

Artikel af:  Kane Jia, marketingingeniør, Onsemi

Batterier bruges i vid udstrækning til lagring af energi fra bæredygtig sol- og vindenergi, og det medvirker til at mindske bruge af forurenende energikilder. Vi skal i det følgende se på topologier til såkaldte kommercielle BESS-installationer (battery energy storage systems) samt Onsemis EliteSiC, der i høj grad kan forbedre ydelsen i BESS i stedet for brug af silicium MOSFETs- eller IGBT-switche.

Typisk BESS-implementering.

Litium-ion batterier er de mest anerkendte elektrokemiske lagringsmedier med høj effekttæthed og effektivitet og kompakte og modulære former. Desuden er Li-Ion i dag en modnet og relativt prisbillig batteriteknologi. De stadigt lavere priser for Li-Ion gør i stigende grad denne batteritype anvendelig til større energilagringssystemer. Brug af solcelle-invertere off-grid sammen med batterilagring giver derfor i større omfang mening for både private og kommercielle brugere. Det er en løsning, som imødegår høje elektricitetspriser fra forsyningsselskaberne som en selv-supporterende løsning, der giver uafhængighed af elnettet, men som også fungerer som en fin backup-energikilde ved netudfald.

Et BESS inkluderer typisk fire overordnede blokke, nemlig:

– Genopladeligt batterimodul bestående af vægmonterede battericeller med nominelle spændinger mellem 50V til over 1000V.

– Et batteri management-system (BMS), der beskytter og styrer de genopladelige batterier, så de fungere inden for deres sikre driftsparametre.

– Et effektkonverteringssystem (PCS), der forbinder batteripakken til elnettet og belastningen. PCS er en betydelig faktor i et BESS’ pris og størrelse og PCS’en påvirker også den overordnede ydelse.

Et energi management-system, en software, der moniterer, styrer og optimerer energigenereringen eller -transmissionen.

BESS i hjemmet

Effektkonvertering i BESS-løsninger er defineret gennem deres kobling af energi (AC elelr DC) samt effektniveauet (hjemmebrug eller kommercielt) Et DC-koblet system (hybridkonverter) kræver kun et konverteringstrin. AC-koblet energilagring kan omvendt let opgraderes til eksisterende solcellepaneler eller vindgeneratorer, men kræver et ekstra konverteringstrin til afladning af batteriet med potentielt en ringere effektivitet. Et BESS i hjemmet kan kobles på en eksisterende solcelle-inverter, så energien kan lagres i et batteri eller bruges direkte i hjemmets applikationer.

AC-koblet (tv.) og DC-koblet (th.) BESS til hjemmebrug.

En tovejs DC/DC-konverter forbinder en batteripakke med et DC-link. Busspændingen for sådan et system er typisk mindre end 600V og oplade-/afladeeffekten er sjældent over 10kW. Her er en buck-boost konverter den mest almindelige tovejs DC/DC-topologi, da den kun kræver få komponenter og er let at styre. To 650V IGBT’er eller MOSFETs med parallelle dioder er nok til et typisk tovejs system. Onsemis FGH4L75T65MQDC50 650V FS4 IGBT med en integreret SiC-diode giver lave lede- og switch-tab i en sådan applikation.

Buck-boost konverter til tovejs DC/DC-konvertering.

Isolering beskytter brugere af BESS, og dobbelt-aktive brokonvertere (DAB) eller CLLC-topologier giver isolerede tovejs DC/DC-konverterløsninger til BESS-produkter. Et kaskadekoblet front-end buck-boost kredsløb tåler og giver en bredere spændvidde af input- og output-spændinger, hvis der opstår betydelige variationer i batterispændingen. De nævnte metoder mindske også den reaktive effekt i systemer og giver plads til en større soft-switching zone. NTP5D0N15MC 150V N-kanal Shield Gate PowerTrench MOSFET-komponenten er oplagt til disse topologier.

Trefase er standard for kommercielle forsyninger og i hjem med større effektbehov. Effekt-switche til trefasede applikationer skal kunne modstå højere driftspændinger og kunne levere op til 15kW med DC-links, der kan være på op til 1.000V eller mere. Man kan implementere disse løsninger ved at erstatte 650V-switche med 1.200V-komponenter, om muligt som en del af en tre-niveau symmetrisk buck-boost topologi. Det giver lavere switch-tab, da kun den halve output-spænding optræder i switchene og dioderne. Løsningen kræver også kun mindre spoler, og giver derfor mindre støjemission. Uheldigvis kræver denne løsning også flere komponenter, så designet bliver mere kompleks og systemomkostningerne højere.

Kommerciel BESS

Kommercielle energilagringssystemers input- og output-effekter spænder typisk mellem 100kW og 2MW. Disse meget store installationer kan bestå af flere trefasede subsystemer, der ligger mellem nogle dusin kW til over 100kW stykket. Den maksimale DC-spænding afhænger af busspændingen i det eksisterende solcellesystem eller batterispændingen, og det er den kritiske specification. DC-busspændingen i kommercielle standard solcelle-inverter ligger typisk på 1.100V, men kan dog komme op på 1.500V i forsyningsinstallationer. Ved en given effekt reducerer en højere spænding den tilsvarende strøm, hvilket reducerer prisen for kablerne i installationen.

AC-koblede systemer er mere almindelige i kommercielle BESS’er, da de let kan implementeres i et eksisterende design. DC-koblede systemer stiller ret høje krav til en elektrisk eftermontage – især i kommercielle installationer på grund af DC-busforbindelsen, som typisk befinder sig inden i det originale system og bruger ret høje spændinger og strømme. En tre-niveau I-NPC er en almindelig topologi for invertere i højeffekt industrielle applikationer. En l-NPC har fire switche, fire inverse-dioder samt to clamping-dioder med en breakdown-spænding mindre end den aktuelle DC-link spænding, så 650V-switche er nok til et 1.100V-system.

Trefaset I-NPC topologi.

Der er flere fordele ved brugen af en tre-niveau topologi. De har primært lavere switch-tab (kvadratisk på spændingen påtrykt switche og dioder), sekundært har de en mindre ripple, og da peak-peak spændingen er det halve af det samlede output, er filtrering lettere med en mindre, prisbillig spole. Endelig er den ledningsbårne støj fra strøm-ripplen mindre på samme måde som den udstrålede støj. Opgradering til en A-NPC topologi giver endda bedre ydelse, da det erstatter to clamping-dioder med to aktive switche med endnu lavere tab. I et sådant arrangement er parring af drivere og delay kritisk, hvilket kan være en ulempe i visse applikationer.

SiC-løsninger forbedrer BESS-ydelsen

SiC giver overlegne ydelseskarakteritika som et bredere bandgap, højere breakdown-feltstyrke og bedre termisk ledeevne end silicium. Desuden kan SiC-komponenter arbejde ved højere frekvenser uden trade-off af effekten, så mindre spoler kan bruges. De øgede frekvenser ved brug af SiC kan også tillade naturlig køling frem for forceret ditto i visse situationer. 650V-typerne NTH4L015N065SC1 og NTBL045N065SC1 EliteSiC MOSFETs fra Onsemi er oplaget valg til erstatning af siliciumbaserede switche i energilagringssystemer, mens 1.200V-typerne NXH40B120MNQ0 dual-boost og NXH010P120MNF1 2-pack halvbro er integrerede EliteSiC-effektmoduler til endnu højere effekttætheder og applikationer på forsyningsniveau. Onsemi tilbyder desuden også adskillige andre komponenter som gate-drivere, strømfølingsforstærkere samt MACPHY Ethernet-controllere, der kan bruges i BESS-applikationer.

Skrevet i: Aktuelt, Design & udvikling, Power

Seneste nyt fra redaktionen

Dioder og LED-displays fra Lumex; enkelt-komponenter og optoelektroniske moduler

Design & udviklingKomponenter & konnektorerProduktion03. 07. 2025

Optoelektroniske komponenter, især LED-dioder, er integrerede elementer i forbruger- og professionelle enheder til brug for bl.a. baggrundsbelysning, signalering og belysning. Lumex er en af ​​de førende amerikanske leverandører. Lumex har været på markedet i over 100 år og specialiserer sig i

Continentals eksperimentalbil genkender brugeren og kan forudse brugsmønstre

AktueltDesign & udvikling30. 06. 2025

Øget sikkerhed, komfort og intuitiv adgang er fokus i Continentals ”Intelligent Vehicle Experience Car”, der ved hjælp fra biometri og kunstig intelligens ændrer samspillet mellem maskine og menneske. Flere bilproducenter tester lige nu en række løsninger fra konceptbilen til brug i almindelige

God digital aftale, men regeringen holder foden på bremsen

AktueltBranchenytWireless & data30. 06. 2025

Regeringen har sammen med næsten alle Folketingets partier indgået en ny politisk aftale for digital infrastruktur, som Fiberalliancen betegner som bestået – men ikke uden mangler. Til trods for at ambitionerne i den nye politiske aftale er blevet forhandlet op af en række af partierne bag

Så blev det sommer igen…

BranchenytTop30. 06. 2025

Nu har vi både de lyse nætter - og måske også lyse udsigter for verden i al almindeling. Forhåbentlig også for vores hjemlige elektronikindustri. Dagens nyhedsbrev er det sidste før sommerferien. Hvor vi får nogle måneder side kiggede ind i en fremtid med meget kritiske niveauer af ufred flere

Toshiba lancerer nyt produkt i serien af dobbelte DC-børstemotorapplikationer til automotiv brug

Komponenter & konnektorer30. 06. 2025

Toshiba Electronics Europe GmbH sampler nu sin TB9M001FTG, det andet produkt i virksomhedens innovative Smart Motor Control Driver (SmartMCD) serie. Den dybt integrerede komponent er specifikt designet til at give effektiv og præcis styring af DC-børstemotorer i automotive applikationer inklusive

Automotivt kvalificerede 1.200V SiC MOSFETs i D2PAK-7 kapsling fra Nexperia

Komponenter & konnektorerPower30. 06. 2025

Nexperia lancerer en serie af højeffektive og robuste automotivt kvalificerede siliciumkarbid (SiC) MOSFETs med RDS(on) værdier på 30mΩ, 40mΩ og 60mΩ. Disse komponenter (NSF030120D7A0-Q, NSF040120D7A1-Q, NSF060120D7A0-Q), har branchens førende figures-of-merit (FoM) og blev tidligere udbudt i

Danske Scurid vandt titlen som Europas bedste robot-startup under Automatica 2025

Events30. 06. 2025

Scurid, med adresse i Odense, løb med titlen "Europe's Best Robotics Startup" ved årets automatica-messe i München. Det skete efter en veloplagt pitch foran en erfaren jury og i skarp konkurrence med fem andre europæiske startups. Seks lovende startups fra hele Europa indtog scenen for at

IDA advarer: Gratis internet på ferien kan blive dyrt

Wireless & data30. 06. 2025

Ud over solcreme og badetøj er computere, tablets og smartphones med øverst på pakkelisten, når mange danskere skal på sommerferie, og internetadgang rangerer efterhånden på linje med havudsigt og swimmingpool, når der skal vælges destination. - Der er ikke umiddelbart noget i vejen med, at man

Interaktiv eBook fra Mouser og TDK udforsker udfordringerne i industriel automation

Design & udvikling27. 06. 2025

Mouser Electronics, Inc. annoncerer en ny interaktiv eBook i samarbejde med TDK, én af verdens største producenter af elektroniske komponenter. Bogen udforsker de udfordringer, der i den effektivitet, sikkerhed og bæredygtighed, som avancerede automations applikationer kræver. Modern Industrial

2-kanals automotive high-speed digitale isolatorer fra Toshiba

Komponenter & konnektorer27. 06. 2025

Toshiba Electronics Europe GmbH (“Toshiba”) udvider sit program af isolationskomponenter med fire AEC-Q100 kvalificerede, 2-kanals, high-speed digitale isolatorer. De nye DCM32xx00-serier supporterer stabil drift med en høj common-mode transientimmunitet (CMTI) på 100kV/µs (typ.) ved

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis

 
 
 
 
Aktuel Elektronik - underleverandøroversigt
Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser… Læs mere her

/Nyheder

  • Power Technic ApS

    AC/DC DIN-skinne med alt i én funktion

  • Mouser Electronics

    Mouser Electronics New Product Insider: Over 15,000 New Parts Added in Second Quarter of 2025

  • Power Technic ApS

    Strømforsyning KNX-20E-640

  • Mouser Electronics

    The Latest News from Mouser Electronics

  • Power Technic ApS

    30W isolerede DC/DC-konvertere monteret i DIP 2” x 1”

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Expands Space-Qualified FPGA Portfolio with New RT PolarFire® Device Qualifications and SoC Availability

  • Power Technic ApS

    LSP-160 Super flad strømforsyning

  • Mouser Electronics

    Mouser Enhances Embedded Machine Learning and Artificial Intelligence Range with Dedicated Processor and Accelerator Solutions

  • Mouser Electronics

    Mouser Now Shipping Quectel FCMA62N Wi-Fi 6/Bluetooth 5.3 Modules for Smart and Industrial IoT Applications

  • Power Technic ApS

    1200W DC/AC inverter med indbygget UPS-funktion

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Dioder og LED-displays fra Lumex; enkelt-komponenter og optoelektroniske moduler

    03.07.2025

  • Continentals eksperimentalbil genkender brugeren og kan forudse brugsmønstre

    30.06.2025

  • God digital aftale, men regeringen holder foden på bremsen

    30.06.2025

  • Så blev det sommer igen…

    30.06.2025

  • Toshiba lancerer nyt produkt i serien af dobbelte DC-børstemotorapplikationer til automotiv brug

    30.06.2025

  • Automotivt kvalificerede 1.200V SiC MOSFETs i D2PAK-7 kapsling fra Nexperia

    30.06.2025

  • Danske Scurid vandt titlen som Europas bedste robot-startup under Automatica 2025

    30.06.2025

  • IDA advarer: Gratis internet på ferien kan blive dyrt

    30.06.2025

  • Interaktiv eBook fra Mouser og TDK udforsker udfordringerne i industriel automation

    27.06.2025

  • 2-kanals automotive high-speed digitale isolatorer fra Toshiba

    27.06.2025

Alle nyheder ›

Læs Aktuel Elektronik

Aktuel Elektronik avisforside

Annoncér i Aktuel Elektronik

Medieinformation

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik