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储能系统技术 储能系统 DAB ★ 5.0

基于99%能量利用效率的钠离子电池部分功率处理变换器设计

Partial Power Processing Converter Design With 99% Energy Utilization Efficiency for Sodium-Ion Batteries

作者 Pingchuan Li · Hao Tian · Feng Gao
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2025年5月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 DAB
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 钠离子电池 部分功率处理转换器 能量利用效率 变压器变比 升压阈值电压
语言:

中文摘要

钠离子电池宽输出电压范围(如1.5–3.95 V)给变换器效率设计带来挑战。本文提出采用基于双有源桥(DAB)的部分功率处理(PPP)变换器,从充放电全周期角度优化关键参数以提升效率。研究表明,系统能量利用效率与变压器匝比及升压阈值电压密切相关,通过对此二者的优化可显著提高效率。该方法有效将钠离子电池的输出电压范围压缩至接近锂离子电池水平,且不引入显著功率损耗。经参数优化,系统能量利用效率最高达99.03%。

English Abstract

The wide output voltage range (e.g., 1.5–3.95 V) of sodium-ion batteries presents a challenge for converter design in terms of efficiency. This article proposes to use dual-active-bridge (DAB) based partial power processing (PPP) converter to help address voltage conversion and designed the key parameters to enhance the efficiency from perspective of a whole charging and discharging cycle. This research reveals that energy utilization efficiency of such system is a function of transformer’s turn-ratio, and boosting threshold voltage. Optimizations are made to these two factors to enhance energy utilization efficiency. This approach effectively narrows the output voltage range of sodium-ion batteries to a level comparable to that of lithium-ion batteries without inducing significant power losses. Through optimized parameter design, the proposed method achieves an energy utilization efficiency of up to 99.03%.
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SunView 深度解读

该钠离子电池部分功率处理技术对阳光电源储能产品线具有重要应用价值。针对钠离子电池宽电压范围(1.5-3.95V)特性,基于DAB的PPP变换器架构可直接应用于ST系列储能变流器和PowerTitan系统的电池接口设计。通过变压器匝比和升压阈值优化,将钠离子电池输出电压范围压缩至接近锂离子电池水平,可复用现有BMS和DC/DC拓扑架构,降低系统改造成本。99.03%的能量利用效率显著提升储能系统全生命周期经济性。该技术为阳光电源布局低成本钠电储能市场提供关键技术路径,特别适用于大规模长时储能场景,增强产品竞争力。