储能设备中的大脑——MCU

电子发烧友网报道（文/黄山明）在储能设备愈发复杂的今天，需要有一套控制系统，来负责监控设备状态、管理用户界面、控制电源输出和通信等功能。而MCU则扮演着这个角色，保障储能系统的高效、稳定和安全运行。这对于延长电池寿命、提升用户体验以及实现能源的高效利用都是非常重要的。并且随着储能锂电池的需求放量，MCU作为BMS系统的组成部分，有望实现规模增长。
 
MCU，即微控制单元，作为系统的大脑，负责控制储能系统中各个组件的协调工作，这包括控制电池充放电过程、监测电池状态（如电压、电流、温度和荷电状态SOH），以及执行各种保护策略，以防止过充、过放、短路等情况发生，从而确保电池组的安全和延长使用寿命。
 
同时，MCU收集来自传感器的数据，并对其进行处理和分析，以便做出实时控制决策。此外，它还可能通过有线或无线通信接口（如CAN总线、蓝牙、Wi-Fi等）与其他设备或云平台进行通信，上传系统状态信息或接收远程控制指令。
 
在某些高级应用中，MCU可以通过优化充放电策略来提升能源使用效率，例如根据电价波动、电网需求响应或可再生能源的可用性调整储能系统的操作模式。
 
特别是在高端的储能解决方案中，如NXP的部分MCU，它们集成了功能安全库，支持工业和家用功能安全标准（如IEC 61508和IEC 60730），确保系统的可靠性和安全性符合严格的标准要求。
 
对于带有显示屏或指示灯的储能设备，MCU还负责管理用户交互界面，显示系统状态、报警信息或允许用户通过按键等输入方式设置系统参数。
 
相比应用在其他智能产品（如消费电子产品、智能家居设备等）的MCU相比，储能中的MCU会有更高的安全标准以及更强的计算能力和多任务处理能力。并且储能MCU基本属于工业级产品，在工作温度上，会要求达到-40°C至+85°C。
 
同时，储能的MCU还需要有长期运行的稳定性与耐用性以及特定的通信接口和协议，因为储能系统可能需要与电网、监控系统或其他能源管理系统通信，因此MCU可能需要集成特定的通信接口（如RS-485、Ethernet、CAN总线）和符合行业标准的通信协议（如Modbus、IEC 61850）。
 
储能MCU的发展趋势
 
随着电子技术的发展，MCU在计算能力、集成度和能效方面将不断提升。这意味着未来的MCU能够更高效地处理电池管理系统（BMS）中的大量数据，提供更准确的电池监控与保护。
 
同时MCU正变得越来越集成化，集成了更多的功能，如高精度模拟前端(AFE)、高级电源管理单元(PMU)、多通道通信接口和安全模块等，以简化系统设计、降低成本并提高整体效率。考虑到储能系统通常需要长时间运行，低功耗MCU设计成为发展趋势，以延长电池寿命和减少能量消耗。
 
鉴于储能系统的安全性至关重要，MCU将集成更多硬件级别的安全功能，如加密加速器、安全启动、内存保护单元等，以满足日益严格的网络安全和个人隐私保护要求。也为了实现更智能的能源管理和预测分析，储能MCU可能会集成机器学习加速器或神经网络处理器，使系统能现场处理数据，即时作出决策，如预测电池健康状态、优化充放电策略等。
 
随着储能市场的发展，行业标准将更加统一，MCU将遵循更多通用的通信协议和标准接口，促进不同厂商设备间的互操作性和兼容性。考虑储能系统的长期投资回报，MCU将强调长生命周期设计，同时在材料选择和生产过程中注重环保，符合循环经济和可持续发展的要求。
 
此外，一个趋势是，目前看到越来越多的储能MCU开始采用RISC-V架构，尤其是国产RISC-V 。RISC-V MCU因其高性能、高可靠性及丰富的外设资源，非常适合应用于工业控制和相关领域。
 
例如爱普特APT32F103系列，支持多种外设接口（如DMA、硬件CRC、增强型定时器、12位高精度ADC等），适用于工业控制等领域，理论上也适用于储能系统中的控制与管理。还有如沁恒微电子CH32V208、先楫半导体HPM6700/6400和6300系列、东软载波ES32VF2264系列等。
 
这些MCU因其特性，如高性能、低功耗、丰富的通信接口和高可靠性设计，理论上都非常适合于储能产品的控制系统，能够处理复杂的电池管理、能量转换与分配、监控和通讯任务。
 
小结
 
MCU在储能设备中不仅是核心处理器，还是确保系统高效、安全、智能运行的关键组件。随着技术的发展，MCU的性能不断提升，使得储能系统能够实现更复杂的功能和更高的自动化水平。