Energiespeichersysteme sind der Schlüssel zur Verbesserung der Energieeffizienz

Energiespeichersysteme (ESS) sind entscheidend geworden, um die Effizienz von Energieanwendungen zu verbessern. Indem die Energie, die von Photovoltaikanlagen erzeugt wird, gespeichert wird, können Haushalte und Unternehmen gespeicherte Energie nutzen, wenn die Photovoltaikanlage mit geringer Effizienz arbeitet, wie beispielsweise nachts oder an bewölkten Tagen, oder sogar wieder ins Netz eingespeist werden. Dieser Artikel wird die Architektur und Anwendungen von ESS sowie die Merkmale der von Murata angebotenen Lösungen vorstellen.

Ein Energiespeichersystem (ESS) ist ein System, das darauf ausgelegt ist, elektrische Energie in andere Formen zur Speicherung umzuwandeln und diese bei Bedarf wieder in elektrische Energie zurückzuverwandeln. ESS kann mit erneuerbaren Energiesystemen wie Solar- und Windenergie zusammenarbeiten, um überschüssige Energie zu speichern und während widriger Wetterbedingungen oder bei Spitzenlastanforderungen stabile Energie bereitzustellen.

ESS wird auch verwendet, um das Energieangebot und die Nachfrage in Mikronetzen auszugleichen, wodurch die Systemstabilität und Zuverlässigkeit verbessert werden. Es dient als Notstromquelle und gewährleistet den kontinuierlichen Betrieb während Notfällen. ESS kann während Zeiten mit niedrigem Energieverbrauch aufladen und während Spitzenbedarfs entladen, wodurch der Energieverbrauch effektiv verlagert und Spitzenstromkosten reduziert werden. Zusätzlich kann ESS auch in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, um eine effiziente Energiespeicherung zu bieten, die die Reichweite verlängert und die Fahrzeugleistung verbessert.

Die Architektur und Anwendungen eines Energy Storage Systems (ESS) können basierend auf unterschiedlichen Anforderungen und Umgebungen angepasst werden. Im Allgemeinen umfasst eine ESS-Architektur Energiespeicherkomponenten, Leistungswandler, Steuersysteme, Systemkühlung und Schutz.

Energiespeicherkomponenten können aus Akkus und Superkondensatoren bestehen. Im Allgemeinen ist der Kern eines ESS typischerweise die Batterie, wobei gängige Typen Lithium-Ionen-Batterien, Kobalt-Lithium-Batterien, Nickel-Lithium-Batterien und andere umfassen. Diese Batterien speichern elektrische Energie zur späteren Verwendung. Darüber hinaus können Superkondensatoren ebenfalls verwendet werden, um einen schnellen Energieabfluss zu erreichen und den hohen Leistungsbedarf in transienten Situationen zu bewältigen.

Der Leistungswandlerbereich umfasst Wechselrichter und Umrichter. Wechselrichter werden verwendet, um Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) zu konvertieren, der in Haushalten, Industrien oder im Stromnetz genutzt werden kann. Umrichter hingegen werden eingesetzt, um elektrische Energie in andere Formen umzuwandeln, wie z.B. mechanische oder thermische Energie.

Das Steuersystem dient als Gehirn des ESS, wo intelligente Steuergeräte im System den Batteriestatus, die Lastanforderungen und die Netzbedingungen überwachen können. Sie regulieren die Lade- und Entladevorgänge der Batterie, um optimale Leistung und Lebensdauer sicherzustellen. Andererseits kann ein Energy Management System (EMS) integriert werden, um den Betrieb des Speichersystems zu optimieren, verschiedene Energiequellen zu koordinieren und die Gesamtenergieeffizienz des Systems zu optimieren.

Um den sicheren Betrieb des ESS zu gewährleisten, ist ein Kühlsystem unerlässlich, um die richtige Temperatur der Batterien und elektronischen Komponenten aufrechtzuerhalten, die Effizienz zu verbessern und die Lebensdauer zu verlängern. Sicherheitsmerkmale umfassen Überspannungsschutz, Überstromschutz, Temperaturschutz und mehr, um den sicheren Betrieb des Energiespeichersystems zu gewährleisten.

Ein Thermistor ist ein Halbleiterbauelement, dessen Widerstand sich mit der Temperatur ändert. Er wird hauptsächlich im Bereich der Temperatursensorik und Temperaturregelung eingesetzt und spielt eine Rolle bei der Temperatursensorik eines ESS-Steuerungssystems. Je nachdem, wie sich der Widerstand mit der Temperatur ändert, werden Thermistoren in zwei Hauptkategorien unterteilt: Positiver Temperaturkoeffizient-Thermistor (PTC-Thermistor) und Negativer Temperaturkoeffizient-Thermistor (NTC-Thermistor).

PTC-Thermistoren zeigen eine Erhöhung des Widerstands mit steigender Temperatur. Sie werden hauptsächlich für Überstromschutz, Temperaturschalter und Selbstwiederherstellungsschutz von Heizgeräten verwendet. In elektronischen Geräten, wenn der Strom den Nennwert übersteigt, steigt der Widerstandswert des PTC, der in Reihe mit dem zu schützenden Objekt im Stromkreis angeschlossen ist, durch seine eigene Wärme an, was den übermäßigen Strom unterdrücken kann. Zusätzlich können PTC-Thermistoren auch als Temperaturschalter fungieren, der PTC-Widerstandswert erhöht sich, was bei Überschreitung einer vorbestimmten Systemtemperatur entsprechende Schaltaktionen auslösen kann.

Auf der anderen Seite zeigen NTC-Thermistoren eine Abnahme des Widerstands bei steigender Temperatur. Diese Eigenschaft kann genutzt werden, um die Temperatur von elektronischen Geräten oder Equipment zu überwachen, um deren normalen Betrieb sicherzustellen. In einigen Anwendungen werden NTC-Thermistoren eingesetzt, um Temperaturschwankungen in Geräten auszugleichen und somit eine stabile Leistung zu gewährleisten.

NTC-Thermistoren sind in unserem täglichen Leben weit verbreitet und dienen als Temperatursensoren in Thermometern, Klimaanlagen, Temperaturreglern in Smartphones, elektrischen Wasserkochern, Bügeleisen und Stromreglern in Leistungsgeräten. Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Fahrzeugen werden NTC-Thermistoren auch zunehmend in Automobilprodukten eingesetzt, wie beispielsweise in Bordbatteriepacks, LiDAR usw. Darüber hinaus können Thermistoren in verschiedenen Industrie- und Energieprojekten weitreichend eingesetzt werden, einschließlich der Schnellladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge, Solarwechselrichter, Energiespeicherwechselrichter und Batteriepacks usw.

Murata bietet verschiedene Arten von Thermistoren an, um den Anforderungen von ESS-Anwendungen gerecht zu werden. Die Thermistor-Produkte von Murata können in zwei Hauptserien unterteilt werden: NTC-Thermistoren und PTC-Thermistoren. Die NTC-Thermistor-Serie umfasst den hochzuverlässigen Anwendungstyp NCU, den verbrauchertauglichen (zivilen) Anwendungstyp NCP und den leitfähigen Klebemontagetyp NCG sowie andere. Die PTC-Thermistor-Serie umfasst den PRF-Überhitzungsschutztyp und den PRG-Überstromschutztyp. Unter ihnen ist die NCU-Serie am weitesten verbreitet in Automobil- und Energieprojekten.

Die NCU-Serie von Murata ist ein SMD-Typ-NTC-Thermistor. Aufgrund seiner speziellen Struktur: der externen Kupferelektrode, bietet er hohe Zuverlässigkeit und kann flexibel in verschiedenen Szenarien eingesetzt werden, die eine Temperaturerfassung erfordern, selbst in anspruchsvollen Umgebungen. Er ist das Hauptmitglied der Murata-Thermistoren, hauptsächlich für die Temperaturerfassung (hohe Zuverlässigkeit) verwendet, besonders geeignet für den Automobilmarkt, der hohe Zuverlässigkeit erfordert, um Temperaturerfassung und Temperaturkompensation in einem breiten Temperaturbereich zu erreichen.

Murata bietet außerdem eine Reihe von Gate-Drive-DC-DC-Wandlern an, die speziell für Gate-Drive-Schaltungen entwickelt wurden, einschließlich IGBT, SiC, MOS, GaN und andere Produktlinien, die typischerweise in Lösungen für erneuerbare Energien, Bewegungssteuerung, Mobilität und Gesundheitswesen eingesetzt werden. Diese Produkte zeichnen sich durch eine extrem niedrige Isolationskapazität von 3pF, optimierte bipolare Ausgangsspannung für IGBT/SiC und MOS-Gate-Drive, eine Gleichspannungszwischenkreisspannungsfestigkeit von bis zu 3KV, Zuverlässigkeit gegen Teilentladungen, eine dv/dt-Festigkeit von mehr als 80kV/µS bei 1,6kV und andere Merkmale aus.

Murata hat isolierte DC-DC-Wandler kommerzialisiert, die speziell dafür entwickelt wurden, die hohe Frequenz der nächsten Generation von GaN-Leistungshalbleitern zu bewältigen und so zur schnellen Leistungsumwandlung beizutragen, die für verschiedene Anwendungen erforderlich ist. Die MGN1 Serie von 1W Ausgangs-DC-DC-Wandlern von Murata ist darauf ausgelegt, die benötigte Spannung für GaN-Gerätetreiber bereitzustellen.

Die MGN1-Serie bietet eine flache, platzsparende Oberflächenmontage-Technologie, die eine schlanke Lösung bietet, die sich problemlos in systeme mit begrenztem Platz integrieren lässt. Sie haben auch den Vorteil eines leichten Designs, was größere Einsatzmöglichkeiten bietet. Die angebotenen Ausgangsspannungen umfassen +8V, +12V und +6/-3V.

Eines der Hauptmerkmale der MGN1-Serie von DC-DC-Wandlern ist die extrem niedrige Isolationskapazität von 2,5pF (typischer Wert). Dies minimiert das transiente Koppeln am isolierten Gate, verhindert Signalverzerrungen und reduziert System-EMI-Probleme. Die Geräte bieten >200kV/μs Gleichtakt-Transienten-Immunität (CMTI) und eignen sich hervorragend für hochgeschwindigkeits GaN-basierte Systeme und gewährleisten die Integrität der Gate-Treibersignale. Mit ihrer exzellenten Immunität gegen Teilentladungen können diese Wandler zuverlässig unter Hochspannungsbedingungen arbeiten.

Die Murata MGN1 Serie DC-DC-Wandler unterstützt eine kontinuierliche Isolationsbarrierespannung von 1,1 kV. Diese Wandler haben eine Kriechstrecke und Abstandsdaten von 6,5 mm, und ihr Betriebstemperaturbereich von -40°C bis +105°C ermöglicht die Installation in anspruchsvollen Umgebungen. Gleichzeitig integrieren sie Schutzmechanismen gegen Verpolung und Kurzschluss.

Diese neuen DC-DC-Wandler können in verschiedenen GaN-basierten Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich Schnellladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge, Batteriespeicherwandler, intelligente Netzimplementierungen, Solarwechselrichter, Festkörper-Leistungsschalter, IKT- und Rechenzentren, Windturbinen und Motorantriebe.

Die Integration von Energiespeichersystemen mit neuen Energieanwendungen kann die Effizienz der Energienutzung erheblich verbessern. Um Energiespeichersysteme in solchen Anwendungen effektiv zu verwalten, zu steuern und die Sicherheit zu gewährleisten, sind zahlreiche Schlüsselkomponenten erforderlich. Der Markt für diese Anwendungen hält enormes Potenzial. Murata hat ein umfassendes Sortiment an Thermistoren und DC-DC-Wandlern eingeführt, die verbesserte Überwachungsfähigkeiten und Energieumwandlungseffizienz für Energiespeichersysteme bieten. Hersteller, die an diesem Markt interessiert sind, könnten es vorteilhaft finden, Muratas Lösungen weiter zu erkunden und zu übernehmen.