電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）儲能產(chǎn)品發(fā)展到今天，其技術(shù)變化日新月異，而壽命循環(huán)次數(shù)已經(jīng)成為不少廠商競爭的焦點。市場中超過萬次循環(huán)的產(chǎn)品已成為標配，許多企業(yè)還承諾儲能產(chǎn)品壽命能夠達到20年甚至25年。

根據(jù)國家標準，光伏電站的設(shè)計使用壽命為25年，這也意味著只要儲能產(chǎn)品壽命能夠達標，就能讓光伏電站發(fā)揮出最大的經(jīng)濟效益。但市場中許多儲能產(chǎn)品，其使用壽命與宣傳嚴重不符，并且很難進行驗證。其主要原因，是IGBT的性能。

萬次循環(huán)已經(jīng)成為儲能電池的標配

在當前競爭激烈的市場環(huán)境下，讓不少儲能企業(yè)將目光聚焦在追求更高的循環(huán)次數(shù)上。信息顯示，從2019年至2024年期間，儲能電池的研發(fā)和商業(yè)化進程中，實現(xiàn)萬次以上循環(huán)壽命已成為行業(yè)的重要目標和技術(shù)突破點。

多家企業(yè)如寧德時代、國軒高科、欣旺達、天合儲能等已經(jīng)或正在研發(fā)并實現(xiàn)量產(chǎn)能夠達到1萬次以上甚至更高循環(huán)次數(shù)的儲能電芯，這些產(chǎn)品在工商業(yè)儲能、新能源應(yīng)用以及家庭儲能系統(tǒng)中具有更長的循環(huán)壽命、更低的運營成本和更高的經(jīng)濟效益等顯著優(yōu)勢。

同時，除了鋰電池技術(shù)外，鎳氫電池等其他類型的儲能技術(shù)也在不斷進步，例如EnerVenue公司的鎳氫電池可提供超過3萬次的循環(huán)壽命，適應(yīng)于不同的儲能應(yīng)用場景需求。

如果按照每天1.5次充放電來計算，1萬次的循環(huán)約為18年的壽命，如果循環(huán)次數(shù)達到1.5萬次，那么壽命超過25年。

國內(nèi)目前儲能電池主要以磷酸鐵鋰為主，而磷酸鐵鋰電池壽命衰減的主要原因在于陽極副反應(yīng)導(dǎo)致的活性鋰消耗。所以補充活性鋰就能有效地解決這一問題，而目前主要方法為負極補鋰和正極補鋰兩大類。這也能有效的幫助儲能電池壽命達到20年以上，做到光儲同壽。

當然儲能電池的長壽命，也需要有足夠的售后來進行保證。有業(yè)內(nèi)人士預(yù)計，五年后儲能產(chǎn)品成本還將再降低50%，因此企業(yè)可以在保證足夠利潤的情況下，能夠為業(yè)主提供20年以上的售后。

此外，電池的溫度也成為也成為影響儲能壽命的關(guān)鍵，有機構(gòu)研究顯示，每當電池內(nèi)部溫度提升15度時，系統(tǒng)的壽命會減少一半以上。這些壽命表現(xiàn)，通常是在常溫下測得，也就是25℃左右，而實際工作環(huán)境溫度顯然要高得多。

但問題在于，目前國內(nèi)的客戶與相關(guān)第三方機構(gòu)很難對這些指標進行檢測，同時也缺乏相應(yīng)的標準，購買相關(guān)產(chǎn)品只能依賴于口碑，這就對儲能系統(tǒng)的壽命有了巨大的挑戰(zhàn)。

IGBT成為儲能系統(tǒng)壽命持久的關(guān)鍵

即便如今的儲能電池循環(huán)壽命已經(jīng)可以超過1萬次，并且業(yè)內(nèi)相關(guān)技術(shù)也比較成熟穩(wěn)定，但問題在于整個儲能系統(tǒng)很難匹配儲能電池這么長的壽命期。一個關(guān)鍵點在于，儲能系統(tǒng)中的部件，如PCS很難實現(xiàn)長壽命，即便如今不少企業(yè)已經(jīng)將PCS的設(shè)計壽命定在25年，但其中一些關(guān)鍵的元器件，如IGBT，很難支持PCS長時間的運行。

作為PCS的關(guān)鍵核心部件，IGBT作為功率開關(guān)器件，在儲能系統(tǒng)的充放電過程中起到關(guān)鍵的控制作用，甚至可以說IGBT的性能決定了PCS的性能。

但在頻繁的充放電切換以及大電流、高電壓的工作條件下，IGBT存在著一定的損耗風險。比如IGBT在導(dǎo)通和關(guān)斷過程中會產(chǎn)生熱量，尤其是在高頻、大電流工作時，會導(dǎo)致溫升過高，長期過熱可能導(dǎo)致IGBT老化加速甚至失效。

此外，也有許多企業(yè)給出相關(guān)解決方案，來降低IGBT的損耗。通常來說，儲能PCS的損耗主要包括開關(guān)管的損耗和濾波電感上的損耗。IGBT作為開關(guān)管的一種，其損耗計算需要考慮通態(tài)損耗和開關(guān)損耗。通態(tài)損耗是指IGBT在導(dǎo)通狀態(tài)下的損耗，而開關(guān)損耗則發(fā)生在IGBT開通和關(guān)斷的過程中。在一個工頻周期內(nèi)，對損耗能量進行積分可以得到IGBT的總損耗。

由于IGBT在設(shè)計上考慮了降低損耗，因此在正常運行溫度范圍內(nèi)（25℃至125℃），其工作結(jié)溫相對穩(wěn)定，有助于維持較低的損耗水平。

比如不少主流廠商已經(jīng)開始推出液冷PCS產(chǎn)品，通過液冷的方式，能夠讓不同IGBT之間的溫差小于2度，極大提升了IGBT的壽命與可靠性。

當然，一款好的IGBT產(chǎn)品，也能在一定程度上提升儲能系統(tǒng)的壽命。從公司來看，國外研發(fā)IGBT器件的公司主要有英飛凌、三菱、富士等。中國功率半導(dǎo)體市場占世界市場的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市場上，仍然大多依賴進口。

不過隨著2014年，國內(nèi)8英寸IGBT專業(yè)芯片線投產(chǎn)后，也打破了國外在高端IGBT芯片技術(shù)上的壟斷。加上國內(nèi)政策推動及市場牽引下促進IGBT迅速發(fā)展，讓IGBT國產(chǎn)化的進程加快。

國內(nèi)代表企業(yè)如華潤微、士蘭微、揚杰科技、宏微科技、比亞迪半導(dǎo)體、新潔能、捷捷微電、斯達半導(dǎo)體、蘇州固锝、積塔半導(dǎo)體、芯未半導(dǎo)體等。國內(nèi)企業(yè)在國家政策的大力扶持下，加大研發(fā)投入，積極突破IGBT芯片設(shè)計、制造及封裝測試等關(guān)鍵技術(shù)，逐步實現(xiàn)從依賴進口到自主可控的轉(zhuǎn)變。

小結(jié)

IGBT作為一種高效能的半導(dǎo)體器件，在儲能系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵角色。它們負責電能的整流、逆變等作用，對于實現(xiàn)新能源發(fā)電的交流并網(wǎng)、儲能電池的充放電等功能至關(guān)重要。IGBT的性能和可靠性直接影響到新能源發(fā)電的效率以及逆變器的使用壽命。為了延長IGBT的使用壽命，部分企業(yè)開發(fā)了低損耗高頻IGBT產(chǎn)品，這些產(chǎn)品已經(jīng)通過了多家行業(yè)代表客戶的測試，有望深度受益儲能市場的發(fā)展及國產(chǎn)化替代加速。