工商业小型储能柜产品技术解析

最近看到很多锂电池储能相关厂商在开发设计工商业小型储能柜产品。目前工商业小型储能柜主要有两种型号100kW/215kWh和186kW/372.7kWh。分别是1000Vdc的风冷电池柜和1500Vdc的液冷电池柜。针对这两款产品我做了下技术解析，供相关技术人员和产品经理参考。

首先分析下组串模块化的储能变流器。目前国内PCS厂商模块化的PCS主要是186kW/200kW 690Vac和100kW/125kW 400Vac。目前还有厂商开发100kW/215kWh的储能产品是因为此款1000Vdc的储能系统逆变输出电压可直接接入400Vac配电网。100kW 400Vac的PCS有1000Vdc两电平和1500Vdc三电平两种。1000Vdc两电平的PCS属于早期的老产品了，转换效率比三电平PCS要低。另外在共模电压的抑制能力方面，三电平的PCS要优于两电平拓扑架构的PCS。三电平拓扑桥臂输出有P、0和N三个状态可选，共可以组成27种不同的矢量组合，其中部分矢量组合的共模电压为零。而两电平拓扑中桥臂输出仅有P和N两种状态，共可组成8种不同的矢量组合，所有矢量组合均存在共模电压。因此，三电平拓扑本身的共模电压低于两电平拓扑。锂电池储能系统技术在2021年开始全面从1000Vdc系统提升到1500Vdc，提升了系统能量密度和转换效率，也降低度电成本。综合考虑以上几点，开发100kW/215kWh的储能产品性价比不具优势，与之适配的1000Vdc两电平PCS也逐步要被淘汰。

交流电压输出690V，输出功率为200/215kW；交流电压输出400V，输出功率为100/125kW；后者的输出功率近乎减少一半。这也是为什么南京的某家储能公司的186kW/372kWh的液冷一体柜在AC690V和AC400V输出时PCS的数量不同。从照片可以看到AC400V输出的储能系统柜要多一台98kW 400Vac（186kW 690Vac同款）的组串PCS。我们可以大概计算下成本，186kW PCS按单价0.3元/W算，成本大概要多出55800元。多出的这部分成本只是为了降压适配交流输出400V。

如果我们采用隔离变压器来实现升/降压功能是否可行？整套系统只需一台AC690V输出186kW的PCS，再加装一台SG-186kVA Dyn11 690V/400V的隔离变压器，即可实现AC400V，功率186kW的输出。而一台SG-186kVA的隔离变压器的单价不高于0.1元/W，采用这种设计方案成本可减少37200元。可能有人会问，加个隔离变压器会增加损耗？这里我们再回到上面组串式储能变流器的性能参数比较。PCS在直流侧输入1500Vdc，交流输出400V比690V的转换效率要低1.6%左右。因为AC400V输出时电感上的纹波电流峰峰值变大，导致IGBT开关损耗和电感的铁损、铜损都增大。PCS由于降压降功率运行产生的损耗比加装一台隔离变压器的损耗还大。总结下这种方案有三个优点。

1）隔离变压器实现升/降压功能，适配接入不同电压的配电网；

2）隔离变压器可降本增效；

3）采用隔离变压器使系统可以输出三相五线，具备并/离网功能，可做备用电源；

我还有看到北京某一家公司的100kW模块化PCS，为实现交流400V三相四线输出，其在功率模块里多加了一个桥臂。这样的设计有创新，但价格成本会更高。

关于工商业小型储能柜产品的设计开发，个人建议采用1500Vdc电池系统，690Vac输出PCS，风冷散热方案。小型储能柜电量太小，采用液冷方案要比风冷方案成本要高不少。首先，相同制冷量的液冷机组要比工业空调贵很多。第二，消防系统的价格成本，风冷散热的电池系统消防器件成本比液冷电池系统也要低很多。然后，售后运维更换成本，液冷电池箱太重了，必须用专用设备拆卸更换，售后成本太高。风冷散热方式能够满足单台电池簇的设计要求，降低成本使产品具备竞争力，才能抢占市场先机。