模塊化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是構(gòu)建綠色能源生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，因?yàn)樗鼈冇兄谟行Ю每稍偕娏?。一種越來(lái)越受歡迎的應(yīng)用是二次電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。在這個(gè)子市場(chǎng)中，預(yù)計(jì)多達(dá) 80% 的廢棄電池將被重新用于固定電網(wǎng)服務(wù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，從而將電池的使用壽命從 5 年延長(zhǎng)到 15 年。預(yù)計(jì)到 2030 年，這些系統(tǒng)將為電網(wǎng)容量增加 1 TWh。這種新興應(yīng)用必將在不久的將來(lái)在能源市場(chǎng)中變得更加重要。

典型的實(shí)現(xiàn)方式包括不同的電池模塊堆棧，它們通過(guò)電源轉(zhuǎn)換器將能量傳輸?shù)郊惺浇涣骰蛑绷骺偩€（用于隨后以某種形式向負(fù)載分配能量）。這種類(lèi)型的系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)是每個(gè)模塊都有不同的化學(xué)性質(zhì)、容量和老化曲線。在傳統(tǒng)的模塊化拓?fù)渲?，弱的模塊會(huì)影響整個(gè)堆棧的總可用容量（圖 1）。

為了解決這一限制，在圖 2 所示的架構(gòu)中，電池組中的能量通過(guò)每個(gè)電池模塊的單獨(dú) DC-DC 轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)焦仓虚g DC 總線。然后，該能量通過(guò)主電源轉(zhuǎn)換器用于支持集中式中壓 (MV) AC 或 DC 總線。圖 2 中的電壓和功率水平是根據(jù)市場(chǎng)上儲(chǔ)能系統(tǒng)的典型數(shù)據(jù)選擇的：48 V 電池模塊、400 V (DC) 中間 DC 總線、超過(guò) 20 kW（高功率）的主電源轉(zhuǎn)換器和高達(dá) 1500 V 的集中式總線。

在圖 2 中，由于堆棧中每個(gè)模塊的接地參考不同，因此需要隔離才能為每個(gè)電池模塊實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。此外，為了支持混合系統(tǒng)（如二次電池儲(chǔ)能系統(tǒng)），這些轉(zhuǎn)換器中的每一個(gè)還必須能夠雙向傳輸電力。這樣，可以輕松實(shí)現(xiàn)每個(gè)模塊的獨(dú)立充電/放電和充電平衡。因此，本文討論的應(yīng)用的模塊是隔離和雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。

適用于電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用的專(zhuān)用數(shù)字控制器

對(duì)于大功率 DC-DC 轉(zhuǎn)換器（大于 1 kW）中開(kāi)關(guān)設(shè)備的控制，數(shù)字控制是當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通?；谖⒖刂破鲉卧?(MCU)。盡管如此，工業(yè)應(yīng)用對(duì)功能安全 (FS) 的日益關(guān)注可能更有利于使用專(zhuān)用數(shù)字控制器。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，更簡(jiǎn)單的 FS 在模塊化實(shí)施中尤其有益，因?yàn)樗?jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程，從而縮短了總體收益時(shí)間。與 MCU 相比，專(zhuān)用數(shù)字控制器更受青睞的一些原因包括：

微控制器依賴于軟件，在 IEC 61508 開(kāi)發(fā)之前，軟件不允許用于安全系統(tǒng)，因?yàn)檐浖臓顟B(tài)數(shù)量太多，因此被認(rèn)為不穩(wěn)定。因此，使用 MCU 進(jìn)行 FS 的大量工作都花在了軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中。

除了軟件之外，MCU 本身也必須經(jīng)過(guò)。盡管專(zhuān)用數(shù)字控制器（作為可配置設(shè)備）仍是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，但它們的配置過(guò)程涉及有限可變性語(yǔ)言 (LVL)，而不是完全可變性語(yǔ)言 (FVL)，這是 MCU 獨(dú)有的。

專(zhuān)用數(shù)字控制器作為順序數(shù)字機(jī)器，其功能可以通過(guò)測(cè)試完全驗(yàn)證，而 MCU 中的軟件通常無(wú)法做到這一點(diǎn)。因此，使用專(zhuān)用控制器時(shí)，安全功能由設(shè)備集成。

與專(zhuān)用控制器中的集成安全功能相比，為 MCU 實(shí)現(xiàn)添加安全功能可能需要大量額外硬件。在使用故障模式、影響和診斷分析 (FMEDA) 時(shí)，這很容易增加系統(tǒng)級(jí)的復(fù)雜性。

使用專(zhuān)用控制器時(shí)，可以在外部 MCU 中對(duì)額外的安全性（如果需要）進(jìn)行編程，通常在系統(tǒng)級(jí)可用。