Les systèmes de stockage d'énergie sont essentiels pour améliorer l'efficacité énergétique

Les systèmes de stockage d'énergie (ESS) sont devenus essentiels pour améliorer l'efficacité des applications énergétiques. En stockant l'énergie générée par les systèmes photovoltaïques, les foyers et les entreprises peuvent continuer à utiliser l'énergie stockée lorsque le système photovoltaïque fonctionne à faible rendement, comme la nuit ou par temps nuageux, ou même la réinjecter dans le réseau. Cet article présentera l'architecture et les applications des ESS, ainsi que les caractéristiques des solutions proposées par Murata.

Un système de stockage d'énergie (ESS) est un système conçu pour convertir l'énergie électrique en d'autres formes pour le stockage, puis la reconvertir en énergie électrique lorsque nécessaire. Les ESS peuvent être utilisés avec des systèmes d'énergie renouvelable tels que le solaire et l'éolien pour stocker l'énergie excédentaire et fournir une alimentation stable lors de conditions météorologiques défavorables ou de pics de demande d'électricité.

Le système ESS est également utilisé pour équilibrer l'offre et la demande d'énergie dans les micro-réseaux, améliorant ainsi la stabilité et la fiabilité du système. Il sert de source d'alimentation de secours, garantissant un fonctionnement continu en cas d'urgence. Le système ESS peut se charger pendant les périodes de faible consommation d'énergie et se décharger pendant les périodes de forte demande, déplaçant ainsi efficacement la consommation d'énergie et réduisant les coûts d'électricité de pointe. De plus, le système ESS peut également être utilisé dans les véhicules électriques, offrant un stockage d'énergie efficace pour prolonger l'autonomie de conduite et améliorer les performances des véhicules.

L'architecture et les applications d'un système de stockage d'énergie (ESS) peuvent être ajustées en fonction de différentes exigences et environnements. Généralement, une architecture d'ESS comprend des composants de stockage d'énergie, des convertisseurs de puissance, des systèmes de contrôle, un système de refroidissement et une protection.

Les composants de stockage d'énergie peuvent comprendre des batteries et des supercondensateurs. En général, le cœur d'un ESS est typiquement la batterie, et les types courants incluent les batteries lithium-ion, les batteries lithium cobalt, les batteries lithium nickel et d'autres. Ces batteries stockent l'énergie électrique pour une utilisation ultérieure. De plus, les supercondensateurs peuvent également être utilisés pour des décharges d'énergie rapides, répondant à des besoins en puissance élevée lors de situations transitoires.

La section d'alimentation comprend des onduleurs et des convertisseurs. Les onduleurs sont utilisés pour convertir le courant continu (DC) en courant alternatif (AC) pour une utilisation dans les foyers, les industries ou le réseau électrique. Les convertisseurs, quant à eux, sont employés pour transformer l'énergie électrique en d'autres formes, comme l'énergie mécanique ou thermique.

Le système de contrôle agit comme le cerveau de l'ESS, où les contrôleurs intelligents du système peuvent surveiller l'état de la batterie, les besoins en charge et les conditions du réseau. Ils régulent les processus de charge et de décharge de la batterie pour garantir des performances optimales et une durée de vie maximale. D'autre part, un Système de Gestion de l'Énergie (EMS) peut être intégré pour optimiser le fonctionnement du système de stockage, coordonner diverses ressources énergétiques et optimiser l'efficacité globale du système.

Pour garantir le fonctionnement sûr de l'ESS, un système de refroidissement est essentiel pour maintenir la température appropriée des batteries et des composants électroniques, améliorant ainsi l'efficacité et prolongeant la durée de vie. Les fonctionnalités de protection de sécurité incluent la protection contre les surtensions, la protection contre les surintensités, la protection thermique, et bien plus, afin d'assurer le fonctionnement sécurisé du système de stockage d'énergie.

Un thermistor est un dispositif semi-conducteur dont la résistance varie en fonction de la température. Il est principalement utilisé dans le domaine de la détection et du contrôle de la température, jouant un rôle dans la détection de la température d'un système de contrôle ESS. En fonction de la variation de la résistance avec la température, les thermistors sont divisés en deux grandes catégories : thermistor à coefficient de température positif (PTC thermistor) et thermistor à coefficient de température négatif (NTC thermistor).

Les thermistances PTC présentent une augmentation de résistance avec l'élévation de la température. Elles sont principalement utilisées pour la protection contre les surintensités, les interrupteurs de température et la protection auto-récupérable des dispositifs de chauffage. Dans les dispositifs électroniques, lorsque le courant dépasse la valeur nominale, la valeur de résistance du PTC connecté en série avec l'objet protégé dans le circuit augmente grâce à sa propre chaleur, ce qui peut réprimer le courant excessif. De plus, les thermistances PTC peuvent également fonctionner comme interrupteurs de température; l'augmentation de la valeur de résistance du PTC peut déclencher des actions de commutation correspondantes lorsque la température du système dépasse une valeur prédéterminée.

D'autre part, les thermistances NTC présentent une diminution de la résistance lorsque la température augmente. Cette caractéristique peut être utilisée pour surveiller la température des appareils électroniques ou des équipements afin de garantir leur fonctionnement normal. Dans certaines applications, les thermistances NTC sont utilisées pour compenser les variations de température dans les appareils, en maintenant des performances stables.

Les thermistances NTC sont couramment présentes dans notre quotidien, servant de capteurs de température dans les thermomètres, les climatiseurs, les régulateurs de température dans les smartphones, les bouilloires électriques, les fers à repasser, et les contrôleurs de courant dans les dispositifs d'alimentation. Avec l'électrification croissante des véhicules, les thermistances NTC sont également de plus en plus utilisées dans les produits automobiles : tels que les packs de batteries embarqués, les LiDAR, etc. En outre, les thermistances peuvent être largement utilisées dans divers projets industriels et énergétiques, y compris les infrastructures de charge rapide pour véhicules électriques, les onduleurs solaires, les onduleurs de stockage d'énergie et les packs de batteries, etc.

Murata propose différents types de thermistances pour répondre aux besoins des applications ESS. Les produits de thermistances de Murata peuvent être divisés en deux séries principales : thermistances NTC et thermistances PTC. La série de thermistances NTC comprend le type d'application haute fiabilité NCU, le type d'application grand public (civil) NCP et le type de montage par colle conductrice NCG, entre autres. La série de thermistances PTC comprend le type de protection contre la surchauffe PRF et le type de protection contre les surintensités PRG. Parmi elles, la série NCU est la plus largement utilisée dans les projets automobiles et énergétiques.

La série NCU de Murata est un thermistor NTC de type SMD. En raison de sa structure spéciale : l'électrode externe en cuivre, elle offre une haute fiabilité et peut être appliquée de manière flexible dans divers scénarios nécessitant une détection de température, même dans des environnements exigeants. C'est le principal membre des thermistances Murata, principalement utilisé pour la détection de température (haute fiabilité), particulièrement adapté au marché automobile qui exige une haute fiabilité, pour réaliser la détection de température et la compensation de température sur une large plage de températures.

Murata propose également une série de convertisseurs DC-DC pour pilotage de grilles spécifiquement conçus pour les circuits de pilotage de grilles, y compris les lignes de produits IGBT, SiC, MOS, GaN et autres, typiquement utilisés dans les solutions d'énergies nouvelles, de contrôle de mouvement, de mobilité et de soins de santé. Ces produits se caractérisent par une capacitance d'isolation ultra-faible de 3pF, une tension de sortie bipolaire optimisée pour le pilotage de grilles IGBT/SiC et MOS, une résistance à une tension de lien DC allant jusqu'à 3kV, une fiabilité contre les décharges partielles, une immunité aux dv/dt pouvant dépasser 80kV/µS à 1,6kV et d'autres caractéristiques.

Murata a commercialisé des convertisseurs DC-DC isolés spécialement conçus pour gérer la haute fréquence des semiconducteurs de puissance GaN de prochaine génération, contribuant à la conversion rapide de puissance nécessaire pour diverses applications. La série MGN1 de convertisseurs DC-DC à sortie de 1W de Murata est conçue pour fournir la tension requise aux pilotes de grille des dispositifs GaN.

Les dispositifs de la série MGN1 offrent une technologie à montage en surface à profil bas et à petite empreinte, fournissant une solution mince qui peut être facilement intégrée dans des systèmes où l'espace est limité. Ils possèdent également l'avantage d'un design léger, offrant de plus grandes opportunités de déploiement. Les tensions de sortie proposées incluent +8V, +12V et +6/-3V.

L'un des principaux attributs des convertisseurs DC-DC de la série MGN1 est la très faible capacité d'isolation de 2,5pF (valeur typique). Cela minimise le couplage transitoire sur la porte isolée, évitant les distorsions de signal et réduisant les problèmes de CEM du système. Les dispositifs offrent une immunité aux transitoires en mode commun (CMTI) >200kV/μs, ce qui les rend parfaitement adaptés aux systèmes à commutation rapide basés sur le GaN, tout en garantissant l'intégrité des signaux des pilotes de grille. Avec leur excellente immunité aux décharges partielles, ces convertisseurs peuvent fonctionner de manière fiable dans des conditions de haute tension.

Les convertisseurs DC-DC de la série Murata MGN1 prennent en charge une tension d’isolement continue de 1,1 kV. Ces convertisseurs disposent d’une distance de fuite et d’une isolation de 6,5 mm, et leur plage de températures de fonctionnement de -40 °C à +105 °C permet une installation dans des environnements difficiles. Par ailleurs, ils intègrent des mécanismes de protection contre la polarité inversée et les courts-circuits.

Ces nouveaux convertisseurs DC-DC peuvent être utilisés dans diverses applications basées sur GaN, y compris les infrastructures de recharge rapide pour véhicules électriques, les convertisseurs de stockage de batteries, les implémentations de réseaux intelligents, les onduleurs solaires, les disjoncteurs à semi-conducteurs, les centres de données et TIC, les éoliennes et les variateurs de moteur.

L'intégration des systèmes de stockage d'énergie avec de nouvelles applications énergétiques peut considérablement améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'énergie. Pour gérer, contrôler et assurer efficacement la sécurité des systèmes de stockage d'énergie dans de telles applications, de nombreux composants clés sont nécessaires. Le marché de ces applications offre un potentiel immense. Murata a introduit une gamme complète de thermistances et de convertisseurs DC-DC, offrant des capacités de surveillance améliorées et une meilleure efficacité de conversion d'énergie pour les systèmes de stockage d'énergie. Les fabricants intéressés par ce marché pourraient trouver avantageux d'explorer et d'adopter les solutions de Murata.