工商業小型儲能柜產品技術解析

【資料圖】

最近看到很多鋰電池儲能相關廠商在開發設計工商業小型儲能柜產品。目前工商業小型儲能柜主要有兩種型號100kW/215kWh和186kW/372.7kWh。分別是1000Vdc的風冷電池柜和1500Vdc的液冷電池柜。針對這兩款產品我做了下技術解析，供相關技術人員和產品經理參考。

首先分析下組串模塊化的儲能變流器。目前國內PCS廠商模塊化的PCS主要是186kW/200kW 690Vac和100kW/125kW 400Vac。目前還有廠商開發100kW/215kWh的儲能產品是因為此款1000Vdc的儲能系統逆變輸出電壓可直接接入400Vac配電網。100kW 400Vac的PCS有1000Vdc兩電平和1500Vdc三電平兩種。1000Vdc兩電平的PCS屬于早期的老產品了，轉換效率比三電平PCS要低。另外在共模電壓的抑制能力方面，三電平的PCS要優于兩電平拓撲架構的PCS。三電平拓撲橋臂輸出有P、0和N三個狀態可選，共可以組成27種不同的矢量組合，其中部分矢量組合的共模電壓為零。而兩電平拓撲中橋臂輸出僅有P和N兩種狀態，共可組成8種不同的矢量組合，所有矢量組合均存在共模電壓。因此，三電平拓撲本身的共模電壓低于兩電平拓撲。鋰電池儲能系統技術在2021年開始全面從1000Vdc系統提升到1500Vdc，提升了系統能量密度和轉換效率，也降低度電成本。綜合考慮以上幾點，開發100kW/215kWh的儲能產品性價比不具優勢，與之適配的1000Vdc兩電平PCS也逐步要被淘汰。

交流電壓輸出690V，輸出功率為200/215kW；交流電壓輸出400V，輸出功率為100/125kW；后者的輸出功率近乎減少一半。這也是為什么南京的某家儲能公司的186kW/372kWh的液冷一體柜在AC690V和AC400V輸出時PCS的數量不同。從照片可以看到AC400V輸出的儲能系統柜要多一臺98kW 400Vac（186kW 690Vac同款）的組串PCS。我們可以大概計算下成本，186kW PCS按單價0.3元/W算，成本大概要多出55800元。多出的這部分成本只是為了降壓適配交流輸出400V。

如果我們采用隔離變壓器來實現升/降壓功能是否可行？整套系統只需一臺AC690V輸出186kW的PCS，再加裝一臺SG-186kVA Dyn11 690V/400V的隔離變壓器，即可實現AC400V，功率186kW的輸出。而一臺SG-186kVA的隔離變壓器的單價不高于0.1元/W，采用這種設計方案成本可減少37200元?？赡苡腥藭?，加個隔離變壓器會增加損耗？這里我們再回到上面組串式儲能變流器的性能參數比較。PCS在直流側輸入1500Vdc，交流輸出400V比690V的轉換效率要低1.6%左右。因為AC400V輸出時電感上的紋波電流峰峰值變大，導致IGBT開關損耗和電感的鐵損、銅損都增大。PCS由于降壓降功率運行產生的損耗比加裝一臺隔離變壓器的損耗還大?？偨Y下這種方案有三個優點。

1）隔離變壓器實現升/降壓功能，適配接入不同電壓的配電網；

2）隔離變壓器可降本增效；

3）采用隔離變壓器使系統可以輸出三相五線，具備并/離網功能，可做備用電源；

我還有看到北京某一家公司的100kW模塊化PCS，為實現交流400V三相四線輸出，其在功率模塊里多加了一個橋臂。這樣的設計有創新，但價格成本會更高。

關于工商業小型儲能柜產品的設計開發，個人建議采用1500Vdc電池系統，690Vac輸出PCS，風冷散熱方案。小型儲能柜電量太小，采用液冷方案要比風冷方案成本要高不少。首先，相同制冷量的液冷機組要比工業空調貴很多。第二，消防系統的價格成本，風冷散熱的電池系統消防器件成本比液冷電池系統也要低很多。然后，售后運維更換成本，液冷電池箱太重了，必須用專用設備拆卸更換，售后成本太高。風冷散熱方式能夠滿足單臺電池簇的設計要求，降低成本使產品具備競爭力，才能搶占市場先機。

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