在入局工商储之前 磁元件企业还应关注什么

2023年被称为工商业储能元年，随着工商业储能的大火，电感变压器企业若想入局该领域，更应从效率、安全性、涉及等三个维度去提升产品性能。

编者按

政策频繁出台、资本密集入局，这些无不述说着一个事实：工商业储能火了!

据高工产业研究院GGII的初步预计，2023年国内工商业储能新增装机规模将达8GWh，同比增长300%。随着浙江、江苏、广东等地工商业储能政策陆续出台及多地峰谷价差的扩大，工商业储能经济性逐渐显现。据不完全统计，当前参与工商业储能系统集成商企业超 200 家，主要分布在华东和华南区域，其中江苏、浙江、广东、山东的企业数量排名前列。

《磁性元件与电源》获悉，目前，大部分工商业储能效率都能达到95%以上，具备经济性的同时，企业也对工商业储能的稳定性、安全性提出了新的要求。

本期【对话】，围绕工商业储能的效率、安全性、设计方式三大方面，通过工商业储能厂商与电子变压器、电感器产业链厂商的对话，探讨工商业储能对电子变压器、电感器提出了哪些要求，以及电子变压器、电感器企业能够如何满足这些需要。

工商业储能对话嘉宾

工商业储能对话导览：

一、工商业储能电源对电子变压器、电感器提出的设计要求

二、工商业储能效率对电子变压器、电感器提出的降低损耗要求

三、工商业储能安全安规对电子变压器、电感器提出的要求

工商业储能对话内容

一、工商业储能及对电子变压器、电感器提出的设计要求

1、目前一个大型集装箱储能设备的输出功率已可达到500kW左右，贵司的工商业储能产品功率主要是多少?目前什么功率段的工商业储能产品占据主流?

晶澳 储能主任 王绥军：我们的工商业储能产品从50kW到1.7MW的都有。工商业储能主流方案两个，一是100kW-200kW功率段的户外柜模块化产品，跟一个大冰箱似的，二是比较大的集装箱式，功率有1MW。

我们的工商业储能方案中，DC-DC电源和电池包是集成到一起的，这种方式也是一种主流。如果大的像集装箱似的，可能就分开了——例如阳光电源和我们这种做1MW的这种，电池和电源就分开了，电池是电池，逆变器是逆变器。

禾望 光储工程师 刘浪潮：我们的DC-DC电源和电池包没有集成到一起，电池包需要额外的冷却系统，因为发热比较严重。因为当户外恶劣的环境下，电源系统集成到一起，温度会更高，电池包肯定扛不住，因此电池包没有跟电源集成到一起，电池包采用液冷的方式。

2、目前南方很多工商业储能产品都是通过小模块电源并联而成，为什么要采用这种模式?这种模式会有什么优势?对于电感器和电子变压器的数量和尺寸有什么具体要求?

晶澳 王绥军：根据工厂的用电情况，如果是小的工厂，可能就用小的设备，如果是大的工厂，像我们做的有一个一天就用100多万度电，肯定要用集装箱这种大产品了。不然小的模块化电源可能就有几百台，管控起来就比较麻烦。

我们有一款工商业储能产品是186kW，372kW·h，它的体积大约就是在 1.6m×1. 4 m×2.7m。像这种小模块电源，要装近400块的电芯。

金升阳 技术总监 郭启利：并联对提高功率有好处。比如有一个坏了，另一个备份的就不会坏，它属于一种不间断的电源，损坏了可以有补偿。

但如果用并联做了几千瓦的工商业储能，电源在不是满载的时候，效率都是很低的。我们以前只追求标称满载的效率，现在还追求四点平均效率，这样轻载效率还能高一些，但是它再高也不如满载的时候高。

小模块电源的优势体现在它的效率会高一些，因为没有用到那么大的功率，它的转化效率就会高一些，而且损耗都是高功率的损耗，管子的损耗都会比较大一些。

当然，在某一种场合下也不能单独说哪个效率高，它是有不同的场合。如果集中式和分布式的电源都用在效率最高的一点，这两个就没有什么区别。只是说分布式的可以做电源的冗余处理。

开关电源的用量就那么多，电子变压器、电感器用量大概占整个电源的30%，体积以及重量都是占30%。

现在工商业储能都是有一个专门的房间存放，对体积没什么大要求，我们也就不会对电子变压器、电感器有很大要求，但是以后肯定是按照扁平化发展。

禾望 刘浪潮：我们的工商业储能采用的是集中式的模式，这样成本会低一些。但是这种方式如果磁材做得不好的话，温度会很高，但是我们的磁材是满足要求的。成本会比分布式的工商业储能低40%。因为分布式的工商业储能用的东西多了，成本就会高很多。

以50kW的工商业储能举例，每一个电子变压器的体积大概有P Q 32磁芯这么大，功率电感的体积有铁硅铝磁芯这么大，直径有40mm。功率电感器、电子变压器数量的多少取决于多大功率。主流的工商业储能功率是50kW的，里面用到5、6个功率电感，至少8个电子变压器。

3、禾望50kW的工商业储能，每一个电子变压器体积大约有PQ32磁芯这么大，而功率电感的体积则有铁硅铝磁芯直径40mm这样的大小。未来电感器、电子变压器应用在工商业储能中，其体积是往扁平化、小型化方向发展的。贵司如何降低电子变压器、电感器在工商业储能中的体积大小?

铭普 总工程师 杨建民：我们布局工商业储能这一块的产品已经有两年多了，主要是做配套电子变压器、电感器。现在我们的功率电感的功率可以达到几十kW，效率一般在98%左右。体积大概在50mm×20mm×50mm左右。当然，每家客户要求的大小都不太一样，具体是根据客户要求电子变压器、电感器的大小来设计。

减小体积主要是通过磁集成的设计，或者是多磁路的优化设计去把它做小。比如说原来的电子变压器、电感器都是独立的，我们通过一些磁路设计，把电感器和电子变压器整合到一起，设计成一个器件，这样整体的体积就会小一些，效率也会高一些，包括损耗各方面也会小一些。通过这些举措，电感变压器的损耗大概能降百分之十几。

尚朋 董事长 杨仕机：尚朋目前在做的工商业储能电感的磁芯A尺寸范围在20-50mm之间，客户的要求A尺寸也基本在此范围内，但是要求磁芯形状常数C1会越来越小，也就是越来越矮胖型。

工商业储能逆变其实就是DC-AC，将直流转换为交流的变流装置，目前主流的工商业储能逆变器拓扑所用到的磁元件主要是BOOST升压电感器以及交流滤波器电感器，对于交流滤波电感器优选非晶、铁硅铝等材质。

对于BOOST升压电感器优选锰锌功率软磁磁芯，为了降低磁元件在工商业储能逆变器的体积，尚朋方案有两种，一种是提高逆变频率，选择尚朋的SSP-96A宽频100kHz-300kHz低损耗，兼顾高Bs特性的锰锌材料作为BOOST电感器，降低磁芯的A尺寸以及C1值。另外一种是通过高端的磁芯雕刻机与客户配合进行磁集成设计，将BOOST电感与交流滤波电感合二为一，既有铁氧体的高频低损耗又兼顾铁硅铝的高叠加特性。

工商业储能

二、工商业储能效率对电子变压器、电感器提出的降低损耗要求

1、目前市场工商业储能产品峰值效率能达到98.5%，全电压范围内效率不低于90%。贵司储能系统模块电源效率是多少，目前主流产品的效率又是多少?

晶澳 王绥军：工商业储能效率会根据项目不一样，不同项目具体采用哪种解决方案不太一样。集中式会比小模块电源并联的方式效率更高一些，但是成本下来了。原理就跟桶装水一样，一个桶装10升，与分成小瓶装的矿泉水相比，虽然水是一样的，但是小瓶装包装成本高了。

工商业储能中，户外柜，即模块化电源这种用的比较多，大工业用集装箱，但是这种项目比较少。我们两种方式都有，如果项目大的话，我们就采用集装箱的，如果项目小，就采用户外柜并联的这种方式。

集成到一起便于维护和安装，我们100kW-200kW这个功率段的工商业储能产品就是集中式的。现在电源效率达到95%，主流产品效率也是在95%左右。工商业储能整个系统上直流侧标准要求是93%以上，整个系统侧在83%-87%，我们的工商业储能效率能在87%左右。

2、传统的光伏系统中，磁性元件损耗约占系统损耗的20%-30%，工商业储能系统增加了直流转交流功能模块，损耗占比是否有上升?从降低系统损耗的角度而言，贵司对电感变压器有何要求?

金升阳 郭启利：工商业储能中损耗占比是有上升的，大概占比30%-40%，因为是两级损耗。但是具体情况也要看不同的方案，有些不同的方案也能避免一些损耗，也能把它当成一级损耗。

功率密度跟体积有关，体积小了，功率密度就大。功率电感是串联在电路中，所以损耗是衡量它性能的一个重要指标，所以要选用低损耗的材质。此外，需要很大的感量来做储能，需要高饱和磁通密度的材料。它经过直流，所以要有良好的直流叠加特性。

输出滤波电感器是工商业储能领域用的器件，对削峰填谷的要求比较高。整流后电流展平，对损耗要求高。输出的纹波、电压、电流的纹波都会对电感的稳定性有要求。

储逆工程师 张工：功率电感主要用在大电流的电路拓扑中，损耗主要有磁芯损耗和绕组损耗。如果直流很大的话，铜损占的比例就挺大的。

光储一体化里电源是直流转直流的，主要的磁元件是功率电感。功率电感在电源里面是直流上面叠加交流的形式。交流会导致磁芯损耗，直流会导致绕组的线圈损耗。铜损可能占的比例还要大一些。

通常在设计的时候，铜损跟磁损可能都是达到某一个平衡的时候，磁元件的损耗达到最优。但是如果说希望它达到多少的时候，比如说电源的效率目标达到95%的时候，剩下5个点的损耗会分配给磁元件和开关器件。这个时候就看磁性元器件容许的损耗是占了多少个点，可能2%或者1.5%。如果要实现2%的损耗，就需要用体积去换它，如果在某一个体积下损耗不达标，那只能通过把体积放大来达到效率的提升。

降低磁元件的损耗就是降低磁芯的损耗和绕组的损耗，绕组的损耗就是把绕组的截面用的宽一些、厚一些，但这样就牺牲了体积。另外一个就是材料的进步了，材料的损耗密度降低，那磁性损耗也会降低。

在设计中，是考虑体积优先和成本优先，还是说损耗优先，这需要在三者之间找平衡。有的工商业储能场合对成本敏感的话，可能就要牺牲一下效率或损耗，如果是对效率比较敏感的话，可能牺牲的就是成本和体积。

工商业储能里面可能对体积不是很敏感，但问题是体积增大了，磁元件里都是铜和铁，材料成本会上升。所以就看工商业储能中体积增大增加的成本还是损耗减小节省的成本哪个更划算，最终还是要看工商业储能系统的目标。

2、现在贵司的磁元件/磁性材料损耗达到多少?通过什么举措降低磁元件/磁性材料的损耗?

铭普 杨建民：从磁性材料上讲，我们用的磁性材料也是在100kW/m³这个级别。磁元件的损耗一个是在材料方面，另外一个是磁元件方面，主要通过磁集成和优化设计这些方式来降低损耗。主要根据客户的应用场景去做调整，比如说选用什么材料，设计什么结构，这些都要根据客户产品要求的不同来调整。

尚朋 董事长 杨仕机：尚朋的高频磁性材料SSP-53应用频率可达1-3MHz，以往在测试1MHz的时候，磁通密度通常是30mT，损耗约为80kW/m3，大部分人认为1MHz的磁芯损耗主要涡流损耗和剩余损耗，其实通过损耗分离后尚朋发现，在1MHz-2MHz的频率内，磁滞损耗约占10-20%，涡流损耗占>80%，剩余损耗<5%，当频率达到或者超过3MHz之后，磁滞损耗<5%，而涡流损耗和剩余损耗各占一半，随着频率更高，到了5MHz以后，剩余损耗>70%，剩下的30%为涡流损耗。

通过损耗分离，尚朋主打1MHz为中心应用频率的材料SSP-53采用了两种方式降低损耗，其一是通过添加添加剂和低温烧结，细化晶粒后降低涡流损耗，其二是通过粉体工艺和烧结工艺调整晶体结构，晶体尺寸3-5um，且均匀，晶界清晰，少气孔，以此来降低磁畴壁的不可逆位移，从而降低磁滞损耗，通过这两种方式，尚朋的SSP-53在1MHz 30mT、1MHz 50mT条件下损耗分别达到了30 kW/m3 、70 kW/m3。

万宝 线材工程师 赵轩：线材的损耗主要为电阻热损耗，对于单根导体在低频时主要为电阻热损耗、在高频时会产生集肤效应，从而会产生涡流导致等效阻值上升，最终也表现为热损耗;对于漆包绞线导体，虽然邻近效应会使得表面电流密度增加，加剧单根的屈服效应。但绞线在相同的产品截面积的同时，对有效截面积的提升作用大于邻近效应，在整体上表现为可以有效减少部分集肤效应，因此线材的损耗与使用的条件密不可分。目前降低线材损耗的有效方法为增加有效截面积采用绞合线替代单根线、增加导电效果表面镀银等、针对特定用途设计针对性的导体结构等等。

工商业储能

三、工商业储能安全安规对电子变压器、电感器提出的要求

1、不管是用户侧、电源侧还是电网侧储能，安全性永远是储能的第一要求。工商业储能产品的安全安规问题对电感器和变压器提出了哪些要求?

金升阳 郭启利：如果要安全，就要真正地做到调整工艺，比如说电感不能饱和，一致性要好，不能让电感失效了，要保证性能能够达到电感变压器厂商的承诺。在设计的过程中就会根据承诺的性能来选择不同的磁性元器件，然后我们进行不同的设计。

现在电感变压器厂商和终端厂商是双向选择的。有一些是我们对他们提出要求，有一些是他们做好了，由我们来选择。谁做得好我们就用谁的，谁的居里温度高，我们就用谁的。虽然只要满足基本条件就是可以的，但还要讲究性价比。

张工：有些材料高温的时候损耗会降低，或者是在80°-120℃的时候，损耗密度是最低的。材料主要是看绝缘的温度，如果绝缘能够满足温度就没什么问题。因为磁元件温度的瓶颈主要是在绝缘系统。

其实铜和铁，温度高一点没关系，就担心绕组的绝缘采集部分会失效，用耐温度高的材料或者绝缘系统的话成本也是会上升的，所以任何一方面的成本和效率和品质的平衡。

2、有些磁性材料在高温的时候损耗会变高，而磁元件的温度瓶颈主要在于绝缘系统。现在贵司的磁元件/磁性材料耐温度性和绝缘程度如何?

铭普 杨建民：现在磁元件基本上正常都是可以达到155℃，我们也会开发一些180℃的一体成型电感。

尚朋 杨仕机：近期磁性材料要具备高温性能的要求的客户越来越多，特别是OBC、充电桩、光伏逆变器等大功率器件，要求其中的功率磁性材料具有高温低损耗特性，温度达到160℃，滤波材料则要求居里温度提高到150℃以上，以上均是目前比较典型的高温磁性材料要求。

尚朋主要生产研发销售锰锌功率和高导软磁铁氧体磁芯，在耐高温磁性材料上，尚朋有比较多的成功开发案例，例如专门针对OBC、充电桩、光伏逆变器等大功率器件而开发的磁性材料SSP-96、SSP-96H系列，在25℃-160℃范围内具有宽温低损耗特点，特别是其100℃-160℃的损耗较常规PC95材下降超过20%，且高温饱和磁通密度较常规PC95高10%以上，是专门用于大功率器件的锰锌功率磁性材料。

再例如，为了配合汽车电子客户，尚朋开发的高居里温度滤波磁性材料SSH-10T，磁导率达到10000，居里温度可达到150℃以上，可使用在汽车的各个位置的滤波器件上。

万宝 赵轩：绝缘线的耐温性主要影响因素为导体耐温性和绝缘层的耐温性，导体方面铝材、铜材、镀锡、镀银、镀金、漆包线等都会影响耐温等级，绝缘层方面目前绕组线主要为绝缘漆(130/155/180/200等)、聚酯类、尼龙类、氟树脂类、聚酰亚胺、PEEK等等。我司目前的线材耐温等级有130级、155级、180级在批量生产，绝缘性能均能满足6000V 1min的测试，可根据客户需求定制不同耐温性和绝缘性的产品。

3、具有高性价比的磁性材料产品是工商业储能企业最为看重的指标之一。贵司如何在提供高性能产品的同时降低成本?

铭普 杨建民：现在工商业储能对磁性材料性能要求好一点，需要用到好一点的材料，价格肯定会偏高一些。降低成本也是通过磁集成优化这种设计方法，可以把产品缩小。产品缩小以后，单个产品可能不见得便宜，但是对工商业储能企业来说体积缩小了，其他元器件成本也就节省了，所以整体来讲能够降低成本，而不是说单独地降低电感器、电子变压器的成本。

尚朋 杨仕机：尚朋在提供高性能产品的同时降低成本主要做了两个方面改进，一个是开辟高性能产品的第二生产基地，专门配合迅速发展的新能源产业市场需求，以快速反应和专业化生产配合市场和降低成本;另一方面，新建高性能软磁铁氧体制粉(材料)工厂，该材料工厂将采用氧化物法工艺、高度自动化集成，通过自动化水平的提升降低产品成本，建成后，尚朋高性能软磁铁氧体材料的开发速度更快、更优、成本更低。

结语：

结合整机企业与行业人士的观点来看，目前工商业储能产品根据功率的大小分为模块化电源和集中式电源。哪种方式效率更高、哪种更好这些都不能一概而论，而是要看具体的使用场景和不同厂家的方案。

在一定条件下，模块化电源因为功率较小，产生的损耗也小，因此效率更高。但模块化电源因为用的元器件更多、成本也提高了。而集中式电源适用于大功率场景，这样管控起来更方便，成本也更低。目前工商业储能主流产品功率集中在几十到几百kW之间，因此模块化电源是工商业储能中运用的较多的一种方式。

就工商业储能中的效率、安全性、设计三个方面对电感器、电子变压器提出的要求而言，需要电感器、电子变压器厂商通过磁集成等工艺降低损耗、减小体积，提高产品稳定性。对磁性材料企业来说，需要磁性材料损耗密度降低，开发出更多耐高温低损耗的磁性材料。对线材企业来说，需要降低绕组的损耗，减小趋肤效应，提高绝缘线的耐温性和耐绝缘度。当然，在设计中需要考虑不同方案，需要对体积、成本、效率等多方面因素进行综合考量。

《磁性元件与电源》认为，工商业储能已是众多资本纷纷入局的蓝海之地，对电感器、电子变压器企业来说，盲目入局只是逞匹夫之勇。工商业储能是真正的商业市场，是用户决定的市场，在抢占该市场前，更应审时度势，做好谋略，如此方能“得工商业者得天下”。

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审核编辑 黄宇