助力实现净零排放目标，解读恩智浦端到端能源优化方案

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）国际能源署在更新版的《净零路线图：实现1.5摄氏度目标的全球途径》报告中指出，自2021年以来，太阳能发电能力和电动汽车销量大幅增长，这符合到本世纪中叶全球实现净零排放的行动路线，具有重大意义。

 
确实，新能源和“碳中和”之间的关系紧密相连，实现“碳中和”目标需要采用更加清洁、可再生的能源。那么，该如何构建以新能源为基础的全新能源结构体系呢？作为全球领先的安全边缘解决方案提供商，恩智浦给出了自己的答案。
 
8月14日，恩智浦技术日巡回研讨会工业和物联网专场于合肥顺利举办。会上，恩智浦大中华区工业和物联网市场高级总监孙航系统性地介绍了恩智浦在能源与电力行业领域的解决方案，并着重提到了电动汽车充电桩、储能、光伏能源转换、断路器等典型应用解决方案。
 

恩智浦大中华区工业和物联网市场高级总监孙航

 

提供可持续、自动化、可靠的能源解决方案

在全球能源结构升级的大背景下，近几年全球可再生能源市场发展迅猛。根据国际能源署发布的《2023年可再生能源》年度市场报告，2023年全球可再生能源新增装机容量比2022年增长50%，达到510吉瓦，装机容量增长速度比过去30年的任何时候都要快；未来5年风能和太阳能发电将占新增可再生能源发电量的95%。
 
在可再生能源市场，“光储充”有机融合被认为是行业发展的大趋势，这离不开背后作为系统支撑的芯片和方案。孙航表示，在人工智能、工业互联网、城际交通、5G网络、数据中心、新能源车等广泛市场，恩智浦都会提供丰富的产品组合、系统级解决方案、强大且持续强化的生态合作体系和高效完备的技术支持。如下图所示，恩智浦的能源策略正是打造一个涵盖“光储充”各个环节的全新的能源结构体系，实现从电动汽车、电网到家庭的端到端能源优化。
 

恩智浦能源系统解决方案

 
为了实现这个目标，恩智浦的能源策略主要聚焦在三个方面：
第一是：可持续
• 精准数据采集
• 高效的能源转换和分配
• 电池管理和回收利用
 
第二是：可靠
• 功能安全和扩展任务配置文件
• 分布式发电和储能
• 能源管理
 
第三是：自动化
• 始终连接
• 数据分析和机器学习
• 能源共享
 
也就是说，恩智浦致力于提供可持续、自动化、可靠的能源解决方案。在恩智浦的电动汽车充电桩、储能、光伏能源转换、断路器等典型应用解决方案中，都会对这三大理念有具体体现。
 

电动汽车充电桩（EVSE）解决方案

在“光储充”体系下，目前电动汽车充电桩（EVSE）就是“充”的代表。在中国市场，根据国家能源局的统计数据，截至今年6月底，全国充电桩总量达到1024.4万台，同比增长54%；其中公共桩312.2万台，私人桩712.2万台，公共桩额定总功率超过1.1亿千瓦，保障了2400万辆新能源汽车的充电需求。
 
孙航指出，EVSE市场正在从起步阶段进入迅速发展阶段，解决方案必须非常灵活且可扩展，同时还要提高可靠性、效率、弹性、信息安全、功能安全以及准确的电量测量。未来，双向充电成为趋势，但系统复杂，存在互操作性和可靠性的问题，产品开发挑战在成倍增加。
 
为了帮助工程师应对EVSE发展新阶段的挑战，恩智浦提供一系列系统解决方案，包括EasyEVSE参考设计与开发平台。如下图所示，这是基于跨界处理器构建的EVSE云连接。使用云连接的EasyEVSE电动汽车充电桩开发平台提供硬件配置说明和示例软件，可在模拟电动汽车电源设备（EVSE）和基于云的应用之间快速建立安全连接。以模块化、可扩展的平台为基础，开始构建差异化的EVSE系统，实现设备与云端的双向通信，提供准确的能源计费，并保证一键NFC认证的便捷性。
 
 

基于跨界处理器构建的EVSE云连接

 
另外，孙航还介绍了恩智浦于今年6月19日发布的，支持Linux OS、Wi-Fi 6的全新的EasyEVSE参考设计与开发平台。该平台遵从ISO15118-2（以及即将发布的新版本ISO15118-20双向）标准，支持电动汽车与EVSE之间的充电通信；通过以太网将EVSE连接到云端，或使用搭载了恩智浦IW612 Wi-Fi 6+低功耗蓝牙SoC的Murata模块通过Wi-Fi连接。
 

光储和断路器解决方案

在储能方面，孙航主要介绍了满足功能安全的电池管理系统（BMS），可提供高效安全的储能、精确的电池监测、可编程自动电芯均衡等功能。如下图所示，恩智浦为电池管理提供完整的系统解决方案，产品类型包括处理器、模拟器件和连接类产品，其领先技术用于信息安全、功能安全、热失控检测、电池监控、无线和有线连接以及各种性能和功能集的微控制器。同时，工程师可以借助恩智浦提供的免MCU和免软件存储模块，通过SPI、CAN FD或UART进行通信，也可以通过Wi-Fi或UWB等构建无线BMS应用。
 

满足功能安全的电池管理系统（BMS）

 
在光伏领域，孙航主要介绍了能源转换参考设计。如下图所示，这款方案在PFC模式下，效率为97%，PF大于0.99，THDi 小于5%；在逆变模式下，效率为95.5%，输出电压RMS调节小于1%，线性负载下THDu小于1%，非线性负载下小于3%，额定负载响应恢复时间小于1个交流周期。
 

恩智浦能源转换参考设计

另外，孙航还介绍了一款断路器方案。他表示，拉弧检测功能已经逐渐成为光储系统的必要功能，尤其是在南美和北美市场，因此是光储方案出海必然要考虑到的功能。恩智浦针对电弧检测的应用推出了自己的断路器方案，主要包含三部分：基于MCX的硬件系统，软件系统，以及EIQ工具链。
 
在下图所示的方案里，恩智浦MCX A工业MCU具有浮点运算单元FPU，帮助提升系统运算的效率和精度，提供两个12位ADC（4Msps）、比较器、DAC等丰富的外设，帮助实现系统的差异化创新。可选的MCX W71无线MCU，集成闪存、软件可升级射频器件和灵活的接口，并兼容未来的无线标准。

恩智浦断路器解决方案

 

结语

从芯片供应商，到系统级解决方案提供商，恩智浦的身份在转变，这在能源领域充分体现。在恩智浦技术日巡回研讨会工业和物联网专场，恩智浦带来了面向光储充领域的解决方案，这些方案不仅有出色的性能，且顺应了能源领域未来发展的大趋势，如无线BMS、EVSE云连接等。