在中国,新能源电动汽车市场曾经进入了高速开展期。按照数据显现,停止2024年6月尾,我国新能源汽车保有量已达2472万辆。但是与电动汽车的需求增速比拟构成宏大反差的是,作为电动汽车推行“最初一千米”的充电设备,其配套水平却还没有到达幻想程度,充电站和充电桩设备的能源服从也有进一步的提拔空间。
因而,这些都使得新能源电车充电站在手艺立异和使用能效方面都需求变化和转型,既能够思索让更多光伏储能充电一体化体系投入利用,也需求更多立异的功率半导体器件和IC芯片担任充电设备体系内核,从而有用处理充电站建立与运转所面对的应战,并让广阔新能源电动汽车用户获益。
按照工信部计划,到2025年,我国将完成电动汽车与充电桩设备数目的车桩比2:1,2030年完成车桩比1:1。因而可知,在新能源电动汽车用户需求高速增加的条件下,我国充电根底设备建立也曾经进入快速开展阶段,而且将不竭提速。而“光储充”一体化充电站,作为新能源汽车与可再生能源财产深化交融的切入点,同样成为了开展疾速的财产新兴赛道。
“光储充”一体化是经由过程设置光伏、储能体系完成“削峰填谷”,保持电网不变,最初经由过程充电桩为新能源车供给干净电能,能有用处理传统充电桩用电对局域电网的打击。与此同时,传统充电桩耗损的电能始于发电厂,而发电厂发生的电能大多滥觞于化石燃料的熄灭,与光伏充电桩比拟,其能源并不是是干净无净化的。光伏充电桩的大范围建立,不只可以满意海内电动汽车充电营业的需求,也能增进我国的经济能源转型,庇护我们赖以保存的情况,在可连续开展上具有深远的意义。
光储充一体站的事情运转道理就是按照车辆的充电举动和光伏着力,订定日前运转战略。在一体化充电站内,光伏发电体系所发电能起首满意充电站需求,当不满意负荷需求时,储能体系放电,若仍不克不及满意,则从电网购电(通常为在夜间利用波谷电价);当光伏着力多余时,可将多余的电能给储能体系充电,也能够向电网售电,从而得到必然的收益。储能跟着光伏发电及电价状况灵敏调解充放电方法,削减充电桩的峰谷差,完成耦合增效,进步体系的经济性和干净性。“光储充”的电站使用处景大抵能够分为三类:都会充电站、高速效劳区、产业园区。
光储充一体化充电站在市场需求方面能够说是“应运而生”。国度在政策端对“光储充”一体化充电站建立一样不断连结在高度存眷和鼓舞态势,而且比年来在政策鞭策的力度上,可谓“层层加码”:
▪ 2020年11月,国务院办公厅印发《新能源汽车财产开展计划(2021-2035年)》,此中明白提出,鼓舞“光储充放”多功用综合一体站的建立。新能源汽车“光储充”一体化充电站开端在电动汽车充电根底设备建立开展中激发存眷和正视。
▪ 2022年1月,国度发改委等十部分印发《关于进一步提拔电动汽车充电根底设备效劳保证才能的施行定见》,文件提出,主动促进试点树模,探究单元和园区内部充电设备展开“光储充放”一体化试点使用。得益于政策鞭策,2022年以来,有多个都会、多家企业活泼在“光储充”一体化电站建立中。
▪2023年,国务院办公厅公布的《关于进一步构建高质量充电根底设备系统的指点定见》中提出,充实阐扬新能源汽车在电化学储能系统中的主要感化,增强电动汽车和电网能量互动。财产开端推许V2G(Vehicle to Grid)理念,在一体化充电站使用过程当中,更减轻视完成新能源汽车与电网运营效劳互相间的优化效应。
▪ 2024年4月,国度能源局公布的《关于增进新型储能并网和调理使用的告诉》中提出,电力调理机构应按照体系需求,订定新型储能调理运转规程,科学肯定新型储能调理运转方法,公允挪用新型储能调理资本。主动撑持新能源+储能、聚合储能、光储充一体化等结合挪用形式开展,优先挪用新型储能试点树模项目,充实阐扬各种储能代价。
伴跟着在市场范围和用户需求方面的连续上升,更多的“光储充”一体化体系投入利用,使得响应设备的能源转换和操纵服从不竭进步。而在光伏等可再生能源范畴,半导体功率器件和IC芯片是可再生能源转换、存储和办理的枢纽部件,这些器件关于进步可再生能源体系的服从、牢靠性和机能相当主要,特别是新型宽禁带半导体质料,如:碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)的开辟,为可再生能源使用开拓了新的能够性。这些质料比传统的硅基半导体具有愈加良好的机能,可以在更高的温度、电压和频次下事情。这一前进助力更松散、高效和妥当的能源体系得以完成,有益于满意“光储充”一体化充电站这类可再生能源根底设备范围不竭增加的需求。
“光储充”体系次要组成的三大部门是光伏发电体系、储能集成体系和充电桩,此中光伏发电体系的转换服从、储能的电池轮回机能和充电桩的体系服从,间接决议了“光储充”体系的团体机能和服从。
针关于“光储充”体系这类典范的可再生能源使用处景,安世半导体所供给的处理计划可用于光伏逆变器、储能变流器和EV充电桩三大板块,此中主功率变更、帮助电源、栅极驱动和庇护、旌旗灯号处置和传输等环节,安世半导体均能供给多样化挑选,满意差别使用需求。
近期,安世半导体胜利推出了多款半导体IC芯片,进一步丰硕了其光储充一体化体系的处理计划,稳固了其计划处理商的才能。
安世半导体的NGD4300 120 V半桥栅极驱动器系列产物,能够用于包罗逆变器/用户储能体系/充电桩等使用处景,撑持更短的传输延时,为进步体系的鲁棒性,供给了包罗SOI层等在内的改进设想。在详细机能方面,NGD4300的输入电平瞬态耐负压可达-10 V,为电路供给了高牢靠性;而且可以完成13 ns通道提早、1 ns通道间提早偏差程度的快速瞬态呼应才能;同时由于其可以以4 A驱动提拔开关速率和0.7 mA的IDDbbO/IHBO事情电流,从而使电路具有更高服从。
图注:NGD4300半桥栅极驱动器即使在-13 V的负压下,其高/低输入电平仍旧能连结不变、超卓的事情形态。
安世半导体的NEX80806 AC/DC反激式合用于光储电源体系的帮助供电模块,比方逆变器多个地位的反激帮助电源设想。NEX80806针对产业使用停止了多项芯片设想优化,此中有产业版本能够向客户供给线电压过压庇护功用,及时的监控输入电压,使帮助电源免受电压颠簸的毁伤;NEX80806还利用了先辈的倒封(Flip Chip)封装工艺,有用的低落了芯片热阻,为产业使用供给了热冗余。与竞品比拟,在不异的IC OTP庇护阈值下,NEX80806系列产物将能够容忍的体系情况温度进步了20 ℃以上。
安世半导体的NXF650x驱动器变压器十分合适于需求高服从和低EMI滋扰使用处景。该产物具有低RON和高输出(比方NXF6501可完成1.2 A电流,市情上同类产物通常是350 mA)驱动,可完成体系高服从;其具有其他竞品不具有的毛病宁静输入庇护才能,可以避免反向供电,并许可任何阶次上电;能将EMI滋扰降至更低超低辐射程度,到达或超越CISPR25 5级和CISPR32 B级。
除此以外,安世半导体还针对逻辑器件推出了最新的SOT8065封装手艺,协助器件完成高效的逻辑掌握和旌旗灯号转换才能。与含铅封装比拟,SOT8065封装经由过程削减PCB面积来最大限度地节流使用本钱;该封装供给侧边可湿焊盘(SWF),可完成主动光学检测;该封装供给一切盛行的电压系列,可用于缓冲器、逆变器、门电路、开关、触发器和转换器等。
从功率器件来看,安世半导体在“光储充”体系处理计划中接纳的业界抢先产物,包罗GaN HEMT高电子迁徙率晶体管、SiC MOSFET、SiC二极管、IGBT和中高压MOSFET等功率半导体器件,极大地增进了“光储充”体系完成更高的机能程度。
此中,GaN FETs器件具有高临界电场强度、高电子饱和速率与极高的电子迁徙率的特性,可以在电源转换拓扑中,完成最高的转化能效和功率密度,最低的功耗/开关丧失和体系本钱,十分合适于在光伏逆变器、储能体系等高机能功率变更方面的使用。
今朝,安世半导体是业内独一可同时供给级联型(D-mode,Cascode)和加强型(E-mode)两品种型GaN FETs器件的供给商,而且独家供给具有最好散热机能CCPAK封装的650 V GaN FETs产物,可间接将“光储充”全部体系的转化能效进步至99%以上,开关频次的幻想值可提拔至1 Mhz以上,同时其CCPAK封装相较于竞品的GaN FETs产物具有更高的牢靠性。别的,安世半导体的GaN FETs器件还具有较低的反向规复电荷(Qrr)、杰出的温度不变性和优良的反向续流才能等多个手艺抢先劣势,进一步稳固了其市场所作力。
当下,为了克制电车续航里程和充电速率上的两大短板,电动汽车行业正加快从400 V转向800 V的电池体系,在如许的改变下,SiC险些是独一且完善的挑选。而800 V电压体系就需求1200 V的耐压功率芯片,以是1200 V的SiC功率器件是业界配合的发力标的目的。今朝安世半导体已胜利研收回具有机能优良的1200 V SiC MOSFET,次要分为两大类:一类是接纳3引脚和4引脚TO-247封装的SiC MOSFET,另外一类是接纳愈来愈受欢送的D2PAK-7外表贴装器件(SMD)封装的NSF0xx120D7A0系列SiC MOSFET产物。
安世半导体的SiC MOSFET器件具有优良的导通电阻随结温上升的不变性、综合品格因数FoM和阈值电压不变性,而且比拟于竞品能完成较低的体二极管正向压降,其更小的门极电荷比能够低落器件因为噪声招致的毛病开通的几率。安世半导体的SiC MOSFET器件因为具有更高的开关频次,因而能够挑选利用更小的磁性器件(好比电感器),低落磁性器件的本钱和体积,还可使得开关消耗更小,从而低落体系发烧。在一些高母线电压的使用如光伏逆变器中,接纳具有更高耐压的SiC MOSFET能够简化拓扑,进步服从,削减器件数目和体系本钱博鱼boyu官网。凭仗这些杰出的事情参数和特征劣势,安世半导体的SiC MOSFET大猛进步了光伏、产业电源开关及汽车使用的宁静性、妥当性和牢靠性尺度,从而能够满意电动汽车OBC、充电桩、不连续电源和太阳能和储能体系等多个汽车和产业使用市场。
产业使用常常伴跟着大电流,固然能够采勤奋率模块的方法停止对应。但由于功率模块价钱昂扬,大部门状况下,仍旧接纳多管并联的计划。VGS(th)是在停止多管并联时影响静态均流主要的参数之一。安世半导体的SiC MOSFET具有业界抢先的VGS(th)不变性,削减因为VGS(th)不分歧所酿成的电流变革不服均从而招致单个器件接受较大的电流应力,和后续潜伏的寿命和生效成绩。
安世半导体的650 V IGBT产物可以完成低VCESAT和开关消耗,参数不变偏差小,易于并联利用。该产物一样具有优良的反向规复才能,并可以在事情温度下到达更低的正向压降,同时具有优良的电流才能,满意业界的RoHS和无铅尺度。
和竞品比拟,安世半导体的650 V IGBT具有优化的EOFF特征和更平和的电磁滋扰,在尖峰电压方面能够供给更大的宁静裕量,并具有优良的热机能和体系服从。
安世半导体的SiC二极管产物具有超低正向压降和优良的反向规复才能,其开关特征受温度影响小,并可以连结基于混淆式PIN-SiC二极管(MPS)的高鲁棒性。
安世半导体的中高压MOSFET凭仗行业抢先的机能和普遍的规格笼盖,为新能源使用供给了杰出撑持。这些器件接纳立异的LFPAK铜夹片封装,涵盖7种以上封装情势,具有超越400种料号,可灵敏满意高压功率转换、充放电办理等多种使用需求。
别的,安世MOSFET产物普遍接纳LFPAK铜夹片封装,不只具有175 °C的结温特征(相较业内遍及的150 °C更具劣势),还在焊接牢靠性和抗PCB板蜿蜒才能方面表示超卓。同时,该封装可以有用低落RDS(ON)导通电阻,并供给更高的ID(max)漏极电流,明显提拔产物的团体合作力。
最新推出的NextPower 80/100 V MOSFET系列接纳CCPAK1212封装,具有最高连续505 Aboyu博鱼中国官方网站,峰值3558 A的ID(max)电流才能,0.67 mΩ的超低RDS(ON),和优良的散热机能。本系列器件还供给顶部和底部散热选项,工程师能够灵敏挑选散热路子。该产物的公布进一步丰硕了安世半导体的MOSFET组合,为高功率密度使用供给了更强的处理计划。
安世半导体努力于经由过程立异的前沿手艺,为“光储充”体系的光伏逆变器、储能变流器、EV充电桩供给更高效的处理计划。跟着“光储充”体系布置范围的扩展和财产效应的提拔,不竭更新迭代的半导体产物与处理计划,特别是WBG宽禁带半导体手艺的打破,将在以光伏为代表的可再生能源体系施行和优化方面阐扬愈来愈主要的感化。这类连续的演化,不只无望满意不竭增加的能源需求,并且将以可连续、高效和环保的方法来完成。