儲能設備中的大腦——MCU

電子發燒友網報道（文/黃山明）在儲能設備愈發復雜的今天，需要有一套控制系統，來負責監控設備狀態、管理用戶界面、控制電源輸出和通信等功能。而MCU則扮演著這個角色，保障儲能系統的高效、穩定和安全運行。這對于延長電池壽命、提升用戶體驗以及實現能源的高效利用都是非常重要的。并且隨著儲能鋰電池的需求放量，MCU作為BMS系統的組成部分，有望實現規模增長。

MCU，即微控制單元，作為系統的大腦，負責控制儲能系統中各個組件的協調工作，這包括控制電池充放電過程、監測電池狀態（如電壓、電流、溫度和荷電狀態SOH），以及執行各種保護策略，以防止過充、過放、短路等情況發生，從而確保電池組的安全和延長使用壽命。

同時，MCU收集來自傳感器的數據，并對其進行處理和分析，以便做出實時控制決策。此外，它還可能通過有線或無線通信接口（如CAN總線、藍牙、Wi-Fi等）與其他設備或云平臺進行通信，上傳系統狀態信息或接收遠程控制指令。

在某些高級應用中，MCU可以通過優化充放電策略來提升能源使用效率，例如根據電價波動、電網需求響應或可再生能源的可用性調整儲能系統的操作模式。

特別是在高端的儲能解決方案中，如NXP的部分MCU，它們集成了功能安全庫，支持工業和家用功能安全標準（如IEC 61508和IEC 60730），確保系統的可靠性和安全性符合嚴格的標準要求。

對于帶有顯示屏或指示燈的儲能設備，MCU還負責管理用戶交互界面，顯示系統狀態、報警信息或允許用戶通過按鍵等輸入方式設置系統參數。

相比應用在其他智能產品（如消費電子產品、智能家居設備等）的MCU相比，儲能中的MCU會有更高的安全標準以及更強的計算能力和多任務處理能力。并且儲能MCU基本屬于工業級產品，在工作溫度上，會要求達到-40°C至+85°C。

同時，儲能的MCU還需要有長期運行的穩定性與耐用性以及特定的通信接口和協議，因為儲能系統可能需要與電網、監控系統或其他能源管理系統通信，因此MCU可能需要集成特定的通信接口（如RS-485、Ethernet、CAN總線）和符合行業標準的通信協議（如Modbus、IEC 61850）。

儲能MCU的發展趨勢

隨著電子技術的發展，MCU在計算能力、集成度和能效方面將不斷提升。這意味著未來的MCU能夠更高效地處理電池管理系統（BMS）中的大量數據，提供更準確的電池監控與保護。

同時MCU正變得越來越集成化，集成了更多的功能，如高精度模擬前端(AFE)、高級電源管理單元(PMU)、多通道通信接口和安全模塊等，以簡化系統設計、降低成本并提高整體效率?？紤]到儲能系統通常需要長時間運行，低功耗MCU設計成為發展趨勢，以延長電池壽命和減少能量消耗。

鑒于儲能系統的安全性至關重要，MCU將集成更多硬件級別的安全功能，如加密加速器、安全啟動、內存保護單元等，以滿足日益嚴格的網絡安全和個人隱私保護要求。也為了實現更智能的能源管理和預測分析，儲能MCU可能會集成機器學習加速器或神經網絡處理器，使系統能現場處理數據，即時作出決策，如預測電池健康狀態、優化充放電策略等。

隨著儲能市場的發展，行業標準將更加統一，MCU將遵循更多通用的通信協議和標準接口，促進不同廠商設備間的互操作性和兼容性?？紤]儲能系統的長期投資回報，MCU將強調長生命周期設計，同時在材料選擇和生產過程中注重環保，符合循環經濟和可持續發展的要求。

此外，一個趨勢是，目前看到越來越多的儲能MCU開始采用RISC-V架構，尤其是國產RISC-V 。RISC-V MCU因其高性能、高可靠性及豐富的外設資源，非常適合應用于工業控制和相關領域。

例如愛普特APT32F103系列，支持多種外設接口（如DMA、硬件CRC、增強型定時器、12位高精度ADC等），適用于工業控制等領域，理論上也適用于儲能系統中的控制與管理。還有如沁恒微電子CH32V208、先楫半導體HPM6700/6400和6300系列、東軟載波ES32VF2264系列等。

這些MCU因其特性，如高性能、低功耗、豐富的通信接口和高可靠性設計，理論上都非常適合于儲能產品的控制系統，能夠處理復雜的電池管理、能量轉換與分配、監控和通訊任務。

小結

MCU在儲能設備中不僅是核心處理器，還是確保系統高效、安全、智能運行的關鍵組件。隨著技術的發展，MCU的性能不斷提升，使得儲能系統能夠實現更復雜的功能和更高的自動化水平。