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要點
? 電網在設計之初沒有考慮到新的電力需求和供應類型。
? 電池儲能系統是改造和保護電網的關鍵。
? 電池管理和高壓半導體方面的創新有助于電網充分利用電池儲能。
隨著電動汽車 (EV) 的日益普及以及向更多可再生能源的過渡，我們一個多世紀以來對化石燃料的依賴正在降低。越來越多的電力公司轉而使用太陽能電池板和風力渦輪機（而不是天然氣渦輪機）發電，從而為電動汽車充電，并為我們的家庭和企業供電。這些趨勢使我們距離可持續能源的未來又近了一步。
這些趨勢也給電網帶來了巨大挑戰。一天中不同的時段有不同的需求，可使用的太陽能和風能也會隨著天氣的變化而變化。因此，電池成為電網的重要組成部分。
“電池可以在陰天和風力減弱時填補缺口。”弗吉尼亞理工大學教授 Richard Zhang 表示，他在該校從事電力電子技術課程的教學工作，并在電網和能源行業工作了 25 年，“電池可以在非高峰時段充電，在高峰時段供電，如為電動汽車充電，因此提高了電力的經濟性。”
讓電池安全、可靠且以具有成本效益的方式存儲和釋放電網中的大量電力是一項復雜的挑戰。德州儀器在提供先進電池管理半導體解決方案方面的專業技術可以大顯身手。
“電網中使用的電池體積更大、電壓更高，因此需要更好的熱管理和更精密的監測。”德州儀器電池管理解決方案業務部副總裁兼總經理 Samuel Wong 表示，“要有效管理這些電池，需要了解電池化學特性，并采用高性能半導體器件，安全充分地利用每塊電池。”
解決電網難題
Richard 表示，采用太陽能和風能發電以及電動汽車，對地球來說是個好消息。問題是，電網在設計之初，沒有考慮到電力對可用能源的這些新的需求類型。
“如今，讓人們選擇電動汽車比幾年前容易多了。”他表示，“現在越來越大的問題是讓電力基礎設施能夠處理電動汽車以及其他能源需求。”
Samuel 認為挑戰在于電網的不穩定性，換句話說，就是發電量和用電量的波動。太陽能和風能發電會造成能源供應的變化，尤其是夜間，太陽能發電完全不可能。電動汽車車主的充電習慣也可能導致供需波動。
“如果每個人晚上回家都給電動汽車充電一整夜，電網可能無法承受。”他表示。
圖 1：德州儀器電池管理解決方案業務部副總裁 Samuel Wong（左）與弗吉尼亞理工大學的 Richard Zhang 討論電池儲能系統的影響。
Samuel 和 Richard 與大多數電力專家一樣，都認同針對電網不穩定的解決方案：儲能系統 (ESS)。儲能系統通常以電池的形式存在，可以在供應量大、需求量小時捕捉并儲存電網中多余的電能，然后在其他時間提供電能。您可能會想到電動汽車中使用的相對較小、較輕的電池電芯。但對于電網來說，儲能系統是由更大、更重的電芯堆疊成火車車廂形狀，每個電池組的工作電壓可高達 4 兆瓦時 (MWh)，足以為數千個家庭供電。
在電網的不同地點設置儲能系統可以優化其配電能力，即隨時隨地將大量電力分配到各個社區。這可能意味著，將 儲能系統放在太陽能電池板發電場旁，白天它可以吸收多余的電能，然后在晚上將電能泵回至電網。或者將 ESS 放置在社區內，可以更方便地從當地屋頂太陽能電池板獲取電能，然后在需要時提供額外的電力為附近的電動汽車充電。“儲能系統可以充當社區的本地能源庫。”Samuel 表示。
管理電池和系統性能
儲能系統的核心是高壓電池模塊，通常是磷酸鐵鋰電池。如果充電或放電過快，就會產生大量熱量。如果過于頻繁地完全耗盡，這些模塊的壽命也會縮短。
Samuel 表示，監測這些電池的溫度和電量需要極其精密的半導體，如 BQ79616 工業電池監測器。這是因為，即使是溫度和電壓的微小波動，都可能表示需要關注電池情況。
“必須達到毫伏級的精度，才能知道電池還剩多少電量，”他說。
事實證明，德州儀器在超精密電池監測器方面擁有的豐富經驗，對于幫助儲能行業生產為電網提供重要電池管理數據的系統至關重要。Samuel 指出，這些成果會對電網儲能系統的成本效益產生重大影響。
“如果您只能以 5% 的精度測量 10MWh 儲能系統的電量，那么您就無法安全地使用超過 9.5MWh 的電量。”他說，“德州儀器的電池監測器可以將測量精度提高到 1%，這樣您就可以使用 9.9MWh 的電量。”
除了精確的電池監測外，電網規模的儲能系統（例如與太陽能電池板發電場集成的儲能系統）還需要高效的高壓功率轉換技術，用于幫助減少電網輸配電的功率損耗。這些系統還依賴于傳感和隔離技術，以幫助維持系統的安全性和穩定性，這對于管理高達 1500V 的電力流至關重要。
對未來的影響
在可預見的未來，電池儲能系統的創新將發揮關鍵作用，在太陽能、風能以及電動汽車充電帶來的變化中改變和保護電網。
“通過儲能領域的創新來強化電網，這的確令人振奮。”Samuel 說。“德州儀器今天已經取得了很大的成果，并將隨著未來智能電網的建設再創輝煌。”
關于德州儀器 (TI)
德州儀器 (TI)（納斯達克股票代碼：TXN）是一家全球性的半導體公司，致力于設計、制造、測試和銷售模擬和嵌入式處理芯片，用于工業、汽車、個人電子產品、通信設備和企業系統等市場。我們致力于通過半導體技術讓電子產品更經濟實用，創造一個更美好的世界。如今，每一代創新都建立在上一代創新的基礎之上，使我們的技術變得更小巧、更快速、更可靠、更實惠，從而實現半導體在電子產品領域的廣泛應用，這就是工程的進步。這正是我們數十年來乃至現在一直在做的事。欲了解更多信息，請訪問公司網站www.ti.com.cn
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