【導讀】隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē) (EV) 的日益普及以及向更多可再生能源的過(guò)渡，我們一個(gè)多世紀以來(lái)對化石燃料的依賴(lài)正在降低。越來(lái)越多的電力公司轉而使用太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力渦輪機（而不是天然氣渦輪機）發(fā)電，從而為電動(dòng)汽車(chē)充電，并為我們的家庭和企業(yè)供電。這些趨勢使我們距離可持續能源的未來(lái)又近了一步。
電池系統中的半導體創(chuàng )新正在推動(dòng)儲能技術(shù)的應用
要點(diǎn)
. 電網(wǎng)在設計之初沒(méi)有考慮到新的電力需求和供應類(lèi)型。
. 電池儲能系統是改造和保護電網(wǎng)的關(guān)鍵。
. 電池管理和高壓半導體方面的創(chuàng )新有助于電網(wǎng)充分利用電池儲能。
隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē) (EV) 的日益普及以及向更多可再生能源的過(guò)渡，我們一個(gè)多世紀以來(lái)對化石燃料的依賴(lài)正在降低。越來(lái)越多的電力公司轉而使用太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力渦輪機（而不是天然氣渦輪機）發(fā)電，從而為電動(dòng)汽車(chē)充電，并為我們的家庭和企業(yè)供電。這些趨勢使我們距離可持續能源的未來(lái)又近了一步。
這些趨勢也給電網(wǎng)帶來(lái)了巨大挑戰。一天中不同的時(shí)段有不同的需求，可使用的太陽(yáng)能和風(fēng)能也會(huì )隨著(zhù)天氣的變化而變化。因此，電池成為電網(wǎng)的重要組成部分。
“電池可以在陰天和風(fēng)力減弱時(shí)填補缺口?！备ゼ醽喞砉ご髮W(xué)教授 Richard Zhang 表示，他在該校從事電力電子技術(shù)課程的教學(xué)工作，并在電網(wǎng)和能源行業(yè)工作了 25 年，“電池可以在非高峰時(shí)段充電，在高峰時(shí)段供電，如為電動(dòng)汽車(chē)充電，因此提高了電力的經(jīng)濟性?！?/p>
讓電池安全、可靠且以具有成本效益的方式存儲和釋放電網(wǎng)中的大量電力是一項復雜的挑戰。德州儀器在提供先進(jìn)電池管理半導體解決方案方面的專(zhuān)業(yè)技術(shù)可以大顯身手。
“電網(wǎng)中使用的電池體積更大、電壓更高，因此需要更好的熱管理和更精密的監測?！钡轮輧x器電池管理解決方案業(yè)務(wù)部副總裁兼總經(jīng)理 Samuel Wong 表示，“要有效管理這些電池，需要了解電池化學(xué)特性，并采用高性能半導體器件，安全充分地利用每塊電池?！?/p>
解決電網(wǎng)難題
Richard 表示，采用太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電以及電動(dòng)汽車(chē)，對地球來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息。問(wèn)題是，電網(wǎng)在設計之初，沒(méi)有考慮到電力對可用能源的這些新的需求類(lèi)型。
“如今，讓人們選擇電動(dòng)汽車(chē)比幾年前容易多了?！彼硎?，“現在越來(lái)越大的問(wèn)題是讓電力基礎設施能夠處理電動(dòng)汽車(chē)以及其他能源需求?！?/p>
Samuel 認為挑戰在于電網(wǎng)的不穩定性，換句話(huà)說(shuō)，就是發(fā)電量和用電量的波動(dòng)。太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電會(huì )造成能源供應的變化，尤其是夜間，太陽(yáng)能發(fā)電完全不可能。電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主的充電習慣也可能導致供需波動(dòng)。
“如果每個(gè)人晚上回家都給電動(dòng)汽車(chē)充電一整夜，電網(wǎng)可能無(wú)法承受?！彼硎?。
圖 1：德州儀器電池管理解決方案業(yè)務(wù)部副總裁 Samuel Wong（左）與弗吉尼亞理工大學(xué)的 Richard Zhang 討論電池儲能系統的影響。
Samuel 和 Richard 與大多數電力專(zhuān)家一樣，都認同針對電網(wǎng)不穩定的解決方案：儲能系統 (ESS)。儲能系統通常以電池的形式存在，可以在供應量大、需求量小時(shí)捕捉并儲存電網(wǎng)中多余的電能，然后在其他時(shí)間提供電能。您可能會(huì )想到電動(dòng)汽車(chē)中使用的相對較小、較輕的電池電芯。但對于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，儲能系統是由更大、更重的電芯堆疊成火車(chē)車(chē)廂形狀，每個(gè)電池組的工作電壓可高達 4 兆瓦時(shí) (MWh)，足以為數千個(gè)家庭供電。
在電網(wǎng)的不同地點(diǎn)設置儲能系統可以?xún)?yōu)化其配電能力，即隨時(shí)隨地將大量電力分配到各個(gè)社區。這可能意味著(zhù)，將 儲能系統放在太陽(yáng)能電池板發(fā)電場(chǎng)旁，白天它可以吸收多余的電能，然后在晚上將電能泵回至電網(wǎng)?；蛘邔?ESS 放置在社區內，可以更方便地從當地屋頂太陽(yáng)能電池板獲取電能，然后在需要時(shí)提供額外的電力為附近的電動(dòng)汽車(chē)充電?！皟δ芟到y可以充當社區的本地能源庫?！盨amuel 表示。
管理電池和系統性能
儲能系統的核心是高壓電池模塊，通常是磷酸鐵鋰電池。如果充電或放電過(guò)快，就會(huì )產(chǎn)生大量熱量。如果過(guò)于頻繁地完全耗盡，這些模塊的壽命也會(huì )縮短。
Samuel 表示，監測這些電池的溫度和電量需要極其精密的半導體，如 BQ79616 工業(yè)電池監測器。這是因為，即使是溫度和電壓的微小波動(dòng)，都可能表示需要關(guān)注電池情況。
“必須達到毫伏級的精度，才能知道電池還剩多少電量，”他說(shuō)。
事實(shí)證明，德州儀器在超精密電池監測器方面擁有的豐富經(jīng)驗，對于幫助儲能行業(yè)生產(chǎn)為電網(wǎng)提供重要電池管理數據的系統至關(guān)重要。Samuel 指出，這些成果會(huì )對電網(wǎng)儲能系統的成本效益產(chǎn)生重大影響。
“如果您只能以 5% 的精度測量 10MWh 儲能系統的電量，那么您就無(wú)法安全地使用超過(guò) 9.5MWh 的電量?！彼f(shuō)，“德州儀器的電池監測器可以將測量精度提高到 1%，這樣您就可以使用 9.9MWh 的電量?！?/p>
除了精確的電池監測外，電網(wǎng)規模的儲能系統（例如與太陽(yáng)能電池板發(fā)電場(chǎng)集成的儲能系統）還需要高效的高壓功率轉換技術(shù)，用于幫助減少電網(wǎng)輸配電的功率損耗。這些系統還依賴(lài)于傳感和隔離技術(shù)，以幫助維持系統的安全性和穩定性，這對于管理高達 1500V 的電力流至關(guān)重要。
對未來(lái)的影響
在可預見(jiàn)的未來(lái)，電池儲能系統的創(chuàng )新將發(fā)揮關(guān)鍵作用，在太陽(yáng)能、風(fēng)能以及電動(dòng)汽車(chē)充電帶來(lái)的變化中改變和保護電網(wǎng)。
“通過(guò)儲能領(lǐng)域的創(chuàng )新來(lái)強化電網(wǎng)，這的確令人振奮?！盨amuel 說(shuō)?！暗轮輧x器今天已經(jīng)取得了很大的成果，并將隨著(zhù)未來(lái)智能電網(wǎng)的建設再創(chuàng )輝煌?！?/p>
(來(lái)源：德州儀器）
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