电池可以用来储存太阳能、风能等可再生能源在高峰时段产生的能量，这样当环境条件不利于发电时，就可以利用这些储存的能量。本文回顾了住宅和商用电池储能系统 (BESS) 拓扑结构，然后介绍安森美 (onsemi) Elitesic方案可作为硅MOSFET或IGBT开关的替代方案，提高BESS的性能。

图1：BESS BESS实施概览 的优势

最常用的储能方法有电化学储能、化学储能、热储能和机械储能四种。锂离子电池是一种家喻户晓的电化学储能系统，具有高功率密度、高效率、外观紧凑、模块化等特点。另外，锂离子电池技术成熟，所以非常可靠，成本低廉。随着锂离子电池价格的不断下降，其在储能系统中的应用越来越多。采用储能电池并网/离网太阳能逆变器系统，为住宅和商业用户带来诸多好处，包括：

BESS主要构建模块

BESS通常包括四个构建模块：

住宅BESS

与BESS相匹配的变流器可以通过耦合能量(交流或直流)或功率等级(住宅或商业)进行分类。直流耦合系统或混合逆变器只需要一个电源转换步骤。然而，对于现有的太阳能或风力发电系统，虽然交流耦合储能是一个简单的升级方案，但它需要额外的电源转换步骤来充电和放电电池，因此可能会损失更多的功率。例如，住宅变流器可以添加到现有的太阳能逆变器系统中，用产生的能量为备用电池或家用电器充电。

图2：住宅交流耦合(左)和直流耦合(右)ESS

用于连接电池组和直流链路的双向DC-DC转换器。单相系统的母线电压通常小于600V，充放电功率不超过10kW。在这种情况下，降压-升压转换器是最常见的双向DC-DC拓扑，因为它需要的组件很少，也很容易控制。在这种双向系统中，两个650V带有并联二极管 IGBT或MOSFET就够了。例如，安森美650V FS4 IGBT SiC二极管集成在FGH4L75T65MQDC50中，可实现低导通和低开关损耗。

图3：双向DC-DC的降压-升压

隔离可以保证BESS用户的安全，双有源桥转换器 (DAB) 或者CLLC拓扑结构为BESS提供了隔离双向DC-DC转换器方案。如果电池电压发生显著变化，级联前端降压升压电路可以提供更广泛的输入输出电压。该方法还降低了无功功率，增加了软开关区域的大小。NTP5DN5MC 150 V N通道屏蔽栅极Powertrenchnch MOSFET非常适合这些拓扑。

商业和企业场所以及需要大功率的家庭通常使用标准的三相电源。为了提供高达15kW的工作电压和电流，电源开关必须能够承受三相应用中所需的工作电压和电流 输出功率，还能承受住宅设备使用的直流链路电压(高达1000V)。因此，作为三电平对称降压-升压拓扑的一部分，可以用1200V器件代替之前考虑的650V开关。这样，MICROCHIP由于开关和二极管上出现的输出电压只有一半，开关损耗会更低。它的另一个优点是所需的电感较小，EMI性能得到改善。不幸的是，这种方法需要更多的组件，导致设计复杂性、控制难度和系统成本增加。商用BESS

商用储能系统的输入输出功率范围通常在100kW到2mW之间。这些大型装置可能由几个三相子系统组成，功率范围从几十千瓦到100多千瓦不等。最大直流电压是现有太阳能系统的母线电压或电池电压的关键参数。商用太阳能逆变器的标准直流母线电压通常为1100V，但在公用事业规模系统中可能高达1500V。对于给定功率水平，提高直流母线电压会降低电流，从而降低连接电缆的成本。

商用BESS更常用于交流耦合系统，因为它可以轻松地添加到现有的设计中。由于直流母线必须连接到直流母线，直流耦合系统对电气改造的要求相对较高，特别是在商业场合，直流母线通常位于原系统内，电压高，电流高。三电平I-NPC是大功率工业应用中经常与逆变器配合使用的拓扑结构。它有四个开关、四个反向二极管和两个钳位二极管，击穿电压低于实际直流链路电压，这意味着1100V系统中的650V开关就足够了。

图4：三相I-NPC拓扑结构

三电平拓扑结构的使用有几个优点。首先，开关损耗较低（与施加到开关和二极管的电压平方成正比）。其次，其电流纹波较低，峰值电压为总输出的一半，因此更容易使用较小、成本较低的电感进行滤波。最后，与电流纹波相关的传导EMI较低，电磁辐射较低。升级到A-NPC拓扑可以提供更好的性能，因为它用两个更低损耗的有源开关取代了两个钳位二极管。但是，对于这种架构，驱动器匹配和延迟匹配非常重要，但在某些应用程序中，这可能是一个不利因素。Sic方案有助于提高BESS的性能

SiC比硅具有更好的性能特性，如带隙更宽、击穿场强度更高、导热率更高等。在不权衡输出功率和电感尺寸的情况下，这些特性使SiC设备能够在更高的频率下工作。在某些情况下，SiC带来的工作效率更高，可以用自然散热代替强制风冷。安森美的650 V EliteSiC MOSFET NTH4L015N065SC1和NTBL045N065SC是替代储能系统应用中硅基开关的理想选择。同时，EliteSiC功率集成模块采用1200V NXH40B120MNQ0双升压，NXH010P120MNF1 在公用事业规模系统中，两件装半桥可提供更高的功率密度。安森美还为BESS应用提供了其他几个组件，包括栅极驱动器、电流检测放大器和MACPHY以太网控制器。

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