热敏电阻与DC-DC转换器在能源存储系统的应用

热敏电阻与DC-DC转换器在能源存储系统扮演的角色

在现代能源存储系统 (Energy Storage System, ESS) 中，高效、稳定的运行对能源管理与应用至关重要。随着可再生能源的快速发展以及对能源利用效率的日益重视，ESS 正成为实现能源转型的重要技术支撑。在这一系统中，热敏电阻与 DC-DC 转换器作为 ESS 的重要组成部分，分别在温度监控和能量转换方面发挥了不可或缺的作用。本文将探讨热敏电阻与 DC-DC 转换器在 ESS 中的关键角色及其技术特点，以及由Murata所推出的相关解决方案。

热敏电阻协助进行ESS的温度监控与保护

ESS主要用于储存电能并提供稳定的电力输出，其核心部分是电池模块。热敏电阻（Thermistor）作为一种高敏感度的温度传感器，在ESS的电池模块中扮演着重要的角色。

ESS中使用的大多数电池（如锂离子电池）对温度非常敏感。热敏电阻通过实时监测电池组的温度，确保电池在安全的温度范围内工作。此外，电池在充放电过程中会产生热量，若热量积累过多可能引发热失控甚至火灾。热敏电阻可以在温度超过设定阈值时触发保护电路，切断电源或降低功率输出。在低温环境下，电池性能可能下降甚至受损，热敏电阻可以监测低温状态并提醒系统启动预热功能。

另一方面，热敏电阻也可用于优化电池性能，因为电池的充放电特性与温度密切相关。热敏电阻提供的温度数据可以帮助系统优化充放电参数，从而提升能源利用效率，并通过精准温度控制，避免因过热或过冷导致的电池老化，从而延长电池使用寿命。

热敏电阻对故障诊断与预测性维护扮演重要角色，若某个电池单体或区域的温度异常升高，热敏电阻可提供及时报警，避免问题扩大化。此外，热敏电阻采集的温度数据可用于历史分析，帮助预测电池老化趋势或潜在故障点，为运维决策提供依据。

热敏电阻也可协助适应能源存储的多样化场景，因为ESS可能被部署在室内或户外，环境温度变化较大。热敏电阻的高灵敏度和广泛测温范围使其能够适应各种场景。在风能、光伏等可再生能源领域，ESS中的热敏电阻帮助管理电池温度波动，确保系统运行的稳定性和可靠性。

热敏电阻在ESS应用中担任温度传感的工作

热敏电阻是一种电阻值随温度变化而变化的半导体器件，主要应用于温度传感和电流控制的领域，可在ESS应用中担任温度传感的工作。根据电阻值随温度变化的方式，热敏电阻分为两大类，包括正温度系数热敏电阻（PTC thermistor）和负温度系数热敏电阻（NTC thermistor）。

PTC热敏电阻会随着温度上升，电阻值增加，主要用于过电流保护、温度开关和发热器件的自恢复保护。在电子器件中，当电流超过额定值时，回路中与保护对象串联的PTC其电阻值通过自身发热而上升，可以抑制当下的超额电流。此外，PTC热敏电阻也可作为温度开关，当系统温度超过预定值时，PTC电阻值增加，也可以触发相应的开关动作。

NTC热敏电阻则是会随温度上升，电阻值降低。这种特性可用于监测电子器件或设备的温度，以确保其正常运行。在一些应用中，NTC热敏电阻被用来补偿器件的温度变化，以维持稳定的性能。

热敏电阻在我们的生活中随处可见，它不仅被用作温度计、空调中的温度传感器件，抑或是智能手机、热水壶及熨斗中的温度控制器件，还可被用于各种电源器件中的电流控制。最近，随着车辆电动化程度的提高，热敏电阻越来越多地被用于电车项目：如车载电池包、激光雷达、等。另热敏电阻可广泛应用于各种工业及能源项目，其中包括电动车快速充电基础设施、太阳能逆变器、储能逆变器及电池包等。

Murata推出各种类型的热敏电阻，可满足ESS应用的需求。Murata热敏电阻产品可分成NTC热敏电阻与PTC热敏电阻两大系列。NTC热敏电阻包括NCU高信赖性应用型、NCP消费级（民生）应用型、NCG导电胶实装型等。PTC热敏电阻则有PRF过热保护型与PRG过流保护型两种。其中在车载，及能源项目上尤NCU系列得到广泛应用。

Murata的NCU系列是SMD型的NTC热敏电阻。因其特殊结构：外部铜电极带来高可靠性，可灵活应用于多种需要温度检测且苛刻的使用场景，它是Murata热敏电阻的主力成员，可用于对信赖性要求较高的汽车市场、工业及能源市场，实现宽温度范围的温度检测和温度补偿功能。

适用于ESS系统能量传递和管理的电源模块

如今ESS系统主要是以模块化方案的形式出现，通常ESS系统中包含电池模块、管理模块（热管理/能量管理/电池管理）以及功率转换模块。例如，在ESS系统的功率转换模块中主要由MPPT或者3P T inverter来提供能量转换和传输，这其中存在大量SiC或GaN Mos管，这类开关管的驱动电流更大驱动过程也需要更高效、快速的栅极电压切换，以减少因延迟而产生的能量损耗。

一个完备的ESS管理模块中通常也存在大量的CAN总线、RS485、RS232接口，以及MCU、Cell监控芯片等，这类接口和芯片在应用中亦需要电气隔离处理。针对这两类的实际需求，村田分别提供栅极隔离驱动模块和低高度贴片类型接口隔离模块方案。

适用于 IGBT、SiC、MOS、GaN 的隔离 DC-DC 转换器

Murata推出一系列专门为栅极驱动电路设计的隔离DC-DC转换器，包括适用于IGBT、SiC、MOS、GaN等产品线，通常用于新能源、运动与控制、移动性和医疗保健解决方案中。这些产品具有超低隔离电容3pF、优化的IGBT/SiC和MOS栅极驱动的双极输出电压、直流链路电压最高可承受3KV、针对局部放电的可靠性、dv/dt抗扰度在1.6kV下长时间可以承受高于80kV/?S等特性。

Murata特别将面向可应对高频率的下一代GaN功率半导体的绝缘DC-DC转换器商品化，为各种应用所需的快速功率转换做贡献。Murata推出的MGN1系列1W输出DC-DC转换器，设计提供GaN器件栅极驱动器所需的电压。

MGN1系列器件提供薄型、小占地面积、表面贴装解决方案，可轻松集成到空间有限的系统中。它们还具有轻量级的优势，这带来了更大的部署机会。提供的输出电压为+8V、+12V和+6/-3V。

MGN1系列DC-DC转换器的关键属性之一是2.5pF（典型值）的超低隔离电容。通过这种方式，隔离栅上的瞬态耦合被最小化，从而防止信号失真。此外，这意味着系统EMI问题可以缓解。这些器件支持大于200kV/μs共模瞬态抗扰度（CMTI），使其非常适合基于GaN系统的高开关速度，进一步确保栅极驱动器信号的完整性。由于其免疫局部放电，可在高电压条件下保持可靠运作。

Murata MGN1系列中的DC-DC转换器支持1.1kV的连续隔离栅耐受电压，这些转换器的爬电距离和间隙数据为6.5mm，-40℃至+105℃的工作温度范围使它们能够安装在极具挑战性的环境中。此外，它们也结合了反极性和短路保护机制。

适用于接口隔离的DC-DC转换器

Murata还有新一代NXE和NXJ系列的贴片模块，其具备小型化的差异化因素，是节省空间的客户解决方案，内嵌变压器，自采用全自动化生产和测试系统，可靠性更高，拥有低成本的优势，支持260℃的回流焊接温度，符合AEC-Q104标准。NXE和NXJ系列支持隔离通信电源，采用CAN总线、RS485、RS232接口，支持AS-Interface（Asi）工业网络方案设备层总线技术，可为模拟电路提供隔离正负电压，适用于影像信号和传感器隔离等工业应用。

NXE系列支持3kVDC隔离测试电压，2.1-3pF（典型值）隔离电容，支持1W-2W的功率，加强型符合125Vrms、基础型250Vrms安全认证，采用开放式SMD封装，可在-40℃至105℃的温度范围内运作。NXJ系列则支持4.2kVDC隔离测试电压，2-2.5pF（典型值）隔离电容，支持1W-2W的功率，加强型符合200至250Vrms、基础型250Vrms安全认证，采用开放式SMD封装，可在-40℃至110℃的温度范围内运作。

結語

热敏电阻与DC-DC转换器在ESS中分别承担着温度监控与能量管理的核心角色，两者共同构筑了ESS高效、安全、智能运行的技术基础。热敏电阻的高灵敏度与可靠性保障了电池模块在最佳温度范围内工作，降低了过热和过冷引发的风险，延长了电池的使用寿命。而DC-DC转换器则通过精准的电压调节与高效的能量传递，在不同器件之间实现能量的动态分配，满足系统的多样化需求。Murata提供完整的热敏电阻和DC-DC转换器产品线，将能够推动ESS向更高效、更智能、更绿色的方向迈进。