在 “雙碳” 目標的大背景下，儲能技術作為能源轉型的關鍵所在，正經歷著日新月異的發展。儲能變流器（PCS）作為儲能系統的 “心臟”，其性能的優劣直接關系到整個系統的效率、成本和可靠性。

近期，依托于天津大學十余年的寬禁帶半導體變流技術成果，天津恩特能源快速落地了全球首款145kW工商業儲能變流器產品，其性能達到國際領先水平。

憑借著第三代半導體器件和四合一磁集成技術的完美融合，這款工商業儲能變流器在成本、效率、功率密度和壽命等核心指標上實現了重大突破，為儲能行業樹立了新的標桿。

為了了解磁集成技術在儲能變流器領域的應用現狀，《磁性元件與電源》采訪了這款儲能變流器的磁集成產品解決方案供應商——國家級電氣工程高級工程師、惠州市磁極新能源科技有限公司（簡稱“磁極新能源”）研發總經理海來布曲，共同探討多合一磁集成的應用優勢和技術挑戰。

國家級電氣工程高級工程師、磁極新能源研發總經理海來布曲

高頻化與高功率密度的完美融合

工商業儲能變流器的開關頻率通常在 3.6 kHz 至 50 kHz 之間，具體取決于功率器件類型、電路拓撲結構、效率與損耗的平衡以及電磁兼容等因素的影響。

如常見的IGBT受開關損耗和散熱影響，通常工作在 3.6–20 kHz 范圍內；兩電平的電路拓撲結構，開關頻率也較低，一般是3.6–15 kHz。

而這款工商業儲能變流器實現了碳化硅（SiC）器件、軟開關控制技術和四合一磁集成技術的結合，將變流器的開關頻率提升到了30–100kHz，是傳統變流器的數倍之多。

四合一磁集成應用，145kW工商業儲能變流器產品圖

提高開關頻率帶來了一系列的好處。中國電源學會理事、天津大學王議鋒教授對這款儲能變流器在功率密度、充放效率和壽命提升等方面的優異表現給予了充分肯定：

功率密度提高2-6倍。磁集成后，該變流器體積更加小巧，能夠靈活地應用于各種場景；重量也大幅減輕，降低了運輸、安裝的難度和成本。

更為重要的是，這種磁集成并非簡單的物理合并，而是通過與先進的功率控制算法相結合，產生了協同效應。

一充一放效率提高3 - 5%。相較傳統變流器88%-92%的充放循環效率，該產品輕載效率達95%，滿載效率突破98.9%，一充一放的滿載循環效率提高了 3 - 5%。這意味著在相同的儲能容量下，用戶能夠獲得更多的可用電量，顯著提高了經濟效益。

壽命提升2 倍以上。該變流器采用無電解電容設計和改進的智能自適應調制技術，通過精確控制開關過程與優化散熱設計，變流器壽命提升至10-15年，較傳統產品延長2倍以上，并且質保周期與儲能系統核心部件對齊，從根本上解決了傳統變流器中電解電容壽命短、易失效的問題。

中國電源學會理事、天津大學王議鋒教授（右三）

采用碳化硅器件提高頻率縮小體積，無疑是非常明智的選擇，也是未來儲能變流器產品的發展趨勢。那這款產品是如何實現整體系統的降本，以消除碳化硅器件帶來的成本上漲問題呢？磁集成技術在這個過程中又起到了哪些作用？

四合一 開大功率逆變電感磁集成先河

據海來布曲介紹，這款儲能變流器采用了T型三電平電路拓撲結構（A/B/C/N四橋臂），每路 120 度交錯，從結構設計角度看，需要 4 顆電感才能實現該電路的設計功能。

為了更好地降低系統成本，尤其是碳化硅器件導致的成本上升問題，磁極新能源結合電路拓撲結構特點，將電路上使用的4顆電感進行了磁集成設計，創造性地設計出了四合一磁集成電感。

這款四合一磁集成電感的出現，也突破了行業的兩大難題：

一是解決了A、B、 C 三相對地的共模電流問題（即EMC問題），傳統分立電感方案及早期磁集成方案均難以有效解決此問題。

二是解決了相位不平衡時電感易飽和的問題。磁集成后，由于存在相位不平衡（每相電流大小不一致），尤其是缺相時，電感容易進入飽和狀態，這對磁性元件企業的設計能力提出了較高的要求，比如磁集成過程中對磁耦合的精確計算。

一般而言，磁集成耦合系數越小，意味著對磁集成設計或計算的精度要求越高，以往的磁集成方案只能解決相位不平衡時的飽和問題，但缺相帶來的電感飽和問題始終無法解決。

很多磁集成方案通常需要在磁集成器件上添加非晶納米晶或功率型錳鋅鐵氧體的屏蔽磁塊，其原因就在于磁集成耦合系數不夠低。

而這款磁集成電感的耦合系數是0.07，接近于零耦合，這是這款磁集成電感設計的精妙之處，也是這款磁集成電感性能優異的原因。

據海來布曲介紹，這款磁集成電感采用的材料是金屬磁粉芯，并且磁芯實現了一體成型，大大簡化了磁集成產品制造難度，提高了磁集成產品一致性和生產效率。

目前這種大功率的逆變電感磁集成在技術實現上是相當有難度的，據了解此前只有華為在光伏逆變器中，實現了三相七柱磁集成。這款磁集成電感的出現，也將類似的磁集成思路和實踐拓寬到了工商業儲能領域，且磁集成功率也進一步提高。

體積與重量降低30%-70%

高集成度的磁集成產品，雖然在設計或生產上更具難度，但其好處也是顯而易見的。

傳統儲能變流器中，EMI濾波電感、網側LCL濾波電感、輔助電源變壓器等磁性元件體積占比達25%-40%，重量占比亦接近。

磁極新能源研發的四合一磁集成技術，巧妙地原本分散的4顆電感進行了磁集成設計，減少冗余空間占用，磁集成后體積與重量降低了30%-70%。

功率密度、效率雙重提升

目前100kW左右的儲能變流器，其磁性元件效率一般在98.5% 左右。

海來布曲告訴《磁性元件與電源》，這款四合一磁集成電感效率超過98.9%，進一步提高了磁性元件效率。

不僅如此，這款儲能變流器系統功率密度之所以能提高2 - 6 倍，磁集成的設計功不可沒。

相較于分立電感的方案，磁集成后功率密度提升了60%，大大促進了產品小型化進程。

優化磁路和選材 成本降低5%

另一方面，儲能市場上游材料（如碳酸鋰）價格持續走低；電芯從 280Ah 向 314Ah 升級加速，部分廠商清庫存甩賣舊型號，進一步拉低價格。

上游材料成本下降疊加技術升級，推動儲能系統成本持續下行，使降本成為2024年行業核心競爭焦點。

根據公開資料顯示，2024年，2 小時磷酸鐵鋰儲能系統全年中標均價從年初的約 1.1 元 / Wh 降至 0.628 元 /Wh，降幅達 43%，接近腰斬。

這種降價幅度，倒逼著產業鏈各個環節的企業必須進行技術創新。

傳統的分立電感方案，除了體積占比過大，成本占比也在15% - 20%。隨著功率的提高，分立磁性元件方案越來越難以適應新的技術發展需求。

這款磁集成產品通過優化磁路設計和選用新型磁性材料，磁集成后，在保證性能的同時，成本也減少了 5%。

四合一磁集成電感產品圖

結語

磁極新能源這款四合一磁集成電感，通過多維度創新，實現了磁路重構與元件融合，在產品體積、重量、成本和功率密度等多個方面都有了明顯提升。

王議鋒教授特別提到，磁性元件如EMI濾波電感、網側LCL濾波電感、輔助電源變壓器等，占變流器體積和重量的25%-40%、成本的15%-20%。磁極新能源研發的磁集成技術和產品不僅可顯著降低磁件的成本、體積及重量，同時通過與變流器先進功率控制方法相互結合，還可以改善變流器的動態響應特性、提升其電網支撐能力，例如在系統發生低電壓穿越故障時，變流器的沖擊電流不超過正常峰值電流，對儲能電池和變流器均不會造成損害，大大提升系統的可靠性及使用壽命。

這不僅僅是一項技術上的創新，更是對儲能行業發展模式的一次變革。通過整合磁集成技術、碳化硅器件和智能控制算法，磁極新能源的四合一磁集成電感實現了 “硬件 + 軟件” 的深度協同優化，為儲能變流器的設計提供了全新的思路。

本文為嗶哥嗶特資訊原創文章，未經允許和授權，不得轉載

審核編輯 黃宇