住宅儲能市場雖然現(xiàn)在處于起步階段，但正位于爆炸式增長的邊緣。自 2018 年第一季度以來，僅在美國，該市場就同比增長了 232％，而能源存儲在 2019 年第一季度的部署中占比為 46％。如今，住宅儲能領(lǐng)域的規(guī)模比公用事業(yè)部署的規(guī)模要小。預(yù)計全球住宅儲能市場將從 2019 年的 60 億美元增長到 2024 年的 175 億美元；復(fù)合年增長率為 22.88％（根據(jù)最新的 Wood Mackenzie 美國能源存儲監(jiān)控器。

隨著具有各類背景和專業(yè)知識的新參與者進(jìn)入市場，全球公司開始看到儲能的未來增長潛力。

儲能開發(fā)人員要克服的關(guān)鍵設(shè)計挑戰(zhàn)在于系統(tǒng)集成，以最終實現(xiàn)更低的系統(tǒng)成本、更小的外形尺寸以及更少的組件和子系統(tǒng)數(shù)量。對于能量存儲來說，系統(tǒng)集成意味著通過從單向功率轉(zhuǎn)換階段轉(zhuǎn)向雙向功率轉(zhuǎn)換階段，將電池充放電的兩條獨立路徑合二為一。

轉(zhuǎn)向雙向功率因數(shù)校正（PFC）和逆變器功率級

儲能市場的興起可歸因于方法和創(chuàng)新，這些方法和創(chuàng)新使設(shè)計人員能夠克服系統(tǒng)集成和成本等重大挑戰(zhàn)。在出現(xiàn)更新的技術(shù)和解決方案之前，單向 AC/DC、單向 DC/AC 和 DC/DC 功率級是傳統(tǒng)系統(tǒng)解決方案。圖 1 說明具有單向功率因數(shù)校正（PFC）和逆變器功率級的典型系統(tǒng)。

圖 1：具有單向 PFC 和逆變器級的電網(wǎng)級系統(tǒng)圖

然而，但這種單向方法為實現(xiàn)系統(tǒng)集成設(shè)置了不可避免的障礙。系統(tǒng)會需要更多的功率級、組件和控制器，這將導(dǎo)致更高的系統(tǒng)成本。本質(zhì)上講，能量相對于電池雙向流動，要么流入電池進(jìn)行充電，要么流出電池進(jìn)行放電。如果可壓縮這些功率級，則可減少組件、模塊和子系統(tǒng)的數(shù)量，最終降低系統(tǒng)物料清單（BOM）成本。

這些挑戰(zhàn)的潛在解決方案是 AC/DC、DC/AC 和 DC/DC 功率轉(zhuǎn)換級的雙向功能。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)集成度、降低系統(tǒng)物料清單和減小外形尺寸，涉及能量存儲的電網(wǎng)系統(tǒng)正在朝著圖 2 所示的雙向電源轉(zhuǎn)換模塊發(fā)展。

圖 2：具有雙向 PFC 和變頻器級的電網(wǎng)級系統(tǒng)圖

C2000?MCU 的最新參考設(shè)計中實現(xiàn)了雙向功率變換。具有 GaN 的雙向交錯式 CCM 圖騰柱無橋 PFC 參考設(shè)計基于 TMS320F280049C 實時控制器系列。

混合逆變器

由于希望在儲能市場中進(jìn)一步提高系統(tǒng)集成度，因此出現(xiàn)了另一個市場趨勢：混合動力或儲能逆變器的部署。逆變器簡單來說是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的功能。但當(dāng)有多個直流電源時會發(fā)生什么？在電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境中，常規(guī)逆變器會將太陽能電池板的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。混合逆變器補(bǔ)充了具有能量存儲的太陽能逆變器系統(tǒng)，因此同一逆變器可逆變來自太陽能光伏（PV）面板或充電電池的直流電。實際這是太陽能光伏制造商利用儲能來發(fā)展業(yè)務(wù)并保持領(lǐng)先地位的一種方式。儲能解決方案是必然趨勢，而對于太陽能系統(tǒng)設(shè)計人員而言，混合逆變器是實現(xiàn)無風(fēng)險且面向未來解決方案的關(guān)鍵。

需求與解決方案

雙向儲能解決方案，包括混合逆變器在內(nèi)的雙向儲能解決方案要求高功率效率、性能和設(shè)備緊湊性。這些需求轉(zhuǎn)而要求實現(xiàn)更高級的電源拓?fù)洹⒏偷目傊C波失真、更快的瞬態(tài)響應(yīng)、更高的控制環(huán)路頻率和更高的脈寬調(diào)制（PWM）頻率，而這些只有通過支持以下功能的實時控制器才能實現(xiàn)更復(fù)雜的 PWM 方案、高分辨率 PWM、高模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）速度和高處理能力。

C2000 實時控制器產(chǎn)品組合不僅為儲能系統(tǒng)還為許多數(shù)字電源應(yīng)用提供了這些優(yōu)勢：

可實現(xiàn)高效的最大功率點跟蹤、升壓、AC/DC、DC/DC 和 DC/AC 子系統(tǒng)的低成本解決方案。

能夠集成多個子系統(tǒng)的高端選擇，為混合逆變器提供了一條途徑。

雙浮點內(nèi)核（中央處理單元和控制律加速器）實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號處理算法。

一種與實時處理外設(shè)緊密耦合的設(shè)備架構(gòu)，可提供確定的性能。

內(nèi)置的可配置邏輯塊，能夠提供擴(kuò)展的保護(hù)和監(jiān)控功能，從而消除了現(xiàn)場可編程門陣列 / 復(fù)雜的可編程邏輯器件。

高速（最高 200 Mbps）快速串行接口（FSI）可在功率級之間進(jìn)行快速互連，無需進(jìn)行隔離。

模擬前端、16/12 位 ADC、比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和 sigma-delta 濾波器模塊簡化了隔離和非隔離的電流和電壓檢測。

增強(qiáng)的 PWM 和捕獲模塊使配置功率級更具靈活性。

表 1 列出具有 C2000 器件的參考設(shè)計，結(jié)合了 AC/DC 和 DC/DC 功率級的雙向?qū)崿F(xiàn)以及先進(jìn)而復(fù)雜的 PWM 方案。

表 1：TI 儲能系統(tǒng)參考設(shè)計

儲能解決方案逐漸興起，電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計人員也正在投資以跟上競爭對手和市場步伐。雙向功率轉(zhuǎn)換模塊和混合逆變器解決方案可減少組件、模塊和子系統(tǒng)，并最終降低系統(tǒng) BOM 成本。用于實時控制的 C2000?器件專門為滿足設(shè)計人員的需求而設(shè)計，并有助于持續(xù)發(fā)展儲能市場。
編輯：hfy