太陽(yáng)能是一種可再生能源，可以幫助公司和個(gè)人減少對(duì)碳?xì)浠衔锬茉吹囊蕾?lài)。但是，要使太陽(yáng)能成為可靠的能源，需要有高效的儲(chǔ)能方式。電池儲(chǔ)能系統(tǒng) (ESS) 可用于存儲(chǔ)太陽(yáng)能電池板裝置所產(chǎn)生的能量。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)需要與智能儀表和太陽(yáng)能電池板逆變器等其他太陽(yáng)能系統(tǒng)組件協(xié)調(diào)運(yùn)行。盡管電池儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)問(wèn)世已有一段時(shí)間，但要讓個(gè)人和公司大規(guī)模利用該技術(shù)，全球各地的電網(wǎng)都需要變得更加智能和高效。智能電池儲(chǔ)能技術(shù)正在實(shí)現(xiàn)全天候使用太陽(yáng)能和縮短停機(jī)時(shí)間等功能，這些功能對(duì)于大規(guī)模利用太陽(yáng)能至關(guān)重要。此外，智能電池儲(chǔ)能系統(tǒng)使公用事業(yè)公司能夠提供獨(dú)特的服務(wù)和促銷(xiāo)活動(dòng)，以幫助激勵(lì)公司和個(gè)人投資太陽(yáng)能發(fā)電和儲(chǔ)能設(shè)備并踐行節(jié)能活動(dòng)。智能儲(chǔ)能系統(tǒng)可以包含許多不同的功能，但其無(wú)線發(fā)送和接收信息的能力可謂是重中之重。無(wú)線連接功能使儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅能夠向系統(tǒng)用戶(hù)和公用事業(yè)公司發(fā)送可用的能源數(shù)據(jù)，還使儲(chǔ)能系統(tǒng)和智能儀表能夠響應(yīng)公用事業(yè)公司發(fā)出的命令，將一組獨(dú)立的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒┕檬聵I(yè)公司在高峰需求期間使用的儲(chǔ)能陣列。

鑒于連接功能在智能電池儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要性，在智能 ESS 中實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接功能通常是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的重要關(guān)注點(diǎn)。如今，許多智能 ESS 設(shè)計(jì)都會(huì)使用專(zhuān)為 3G、4G-LTE、5G、LPWA 等特定通信標(biāo)準(zhǔn)以及 Zigbee、無(wú)線 M-Bus、Wi-Fi 和藍(lán)牙等短距離通信標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用通信模塊。圖 1 展示了一個(gè)現(xiàn)代智能 ESS 示例。設(shè)計(jì)人員在將通信模塊整合到設(shè)計(jì)中時(shí)面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)，就是如何將通信模塊與 ESS 的現(xiàn)有處理器控制和數(shù)據(jù) I/O（輸入/輸出）連接起來(lái)。通常，模塊中包含的組件采用不同的硅工藝技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此需要模塊在與主流微控制器和處理器所用的通用電壓節(jié)點(diǎn)不同的電壓節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行。

圖 1 智能電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參考圖

為了克服 ESS 主處理器和通信模塊之間的 I/O 電壓電平不匹配所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，ESS 設(shè)計(jì)人員可以使用簡(jiǎn)單的模塊化器件（如電壓電平轉(zhuǎn)換器）。電壓電平轉(zhuǎn)換器使設(shè)計(jì)人員能夠快速且經(jīng)濟(jì)高效地對(duì)模塊和處理器之間的控制和數(shù)據(jù)接口進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)器件的互操作。電平轉(zhuǎn)換器具有多種配置，涵蓋 1 至 32 個(gè)通道，支持 0.65V 至 5.5V 的電壓電平。電平轉(zhuǎn)換器器件可用于對(duì)通用接口標(biāo)準(zhǔn)（例如 SPI、I²C、UART 以及用于更多定制接口實(shí)現(xiàn)的 GPIO）進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。在 TI 的電平轉(zhuǎn)換著陸頁(yè)可以輕松查找用于智能 ESS 設(shè)計(jì)的電平轉(zhuǎn)換器。請(qǐng)參考其中一些常見(jiàn)接口類(lèi)型的電平轉(zhuǎn)換示例。

如果通信模塊和 ESS 處理器之間的接口是 SPI（串行外設(shè)接口），則 TXU0304 等器件可以提供一種高效且簡(jiǎn)單的方法來(lái)部署電平轉(zhuǎn)換解決方案，如圖 2 所示。TXU0304 的固定方向配置使其非常適合 SPI，因?yàn)閷?duì)于 SPI 并不是接口的所有通道都以相同的方向運(yùn)行。

圖 2 使用 TXU0304 的 SPI 電平轉(zhuǎn)換示例

通信模塊和 ESS 微控制器之間的另一個(gè)常見(jiàn)控制接口是 I²C。I²C 控制總線是在許多系統(tǒng)中部署的非常常見(jiàn)的開(kāi)漏控制總線。通常，控制器會(huì)在 3.3V 等通用電壓節(jié)點(diǎn)上以 3.3V I²C 控制總線運(yùn)行，而通信模塊會(huì)在 1.8V 等更低電壓下以 1.8V 或更低電壓 I/O 運(yùn)行。在這種情況下，可以使用 LSF0102 等自動(dòng)方向電平轉(zhuǎn)換器在通信模塊的 1.8V I²C I/O 和 3.3V I²C 控制總線之間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，如圖 3 所示。同樣，也可以對(duì)通用 I/O (GPIO) 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，如圖 4 所示。隨著智能 ESS 技術(shù)的發(fā)展，德州儀器 (TI) 的電平轉(zhuǎn)換解決方案可幫助智能 ESS 設(shè)計(jì)人員在其設(shè)計(jì)中的子系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵連接。有關(guān)電平轉(zhuǎn)換和智能電網(wǎng)解決方案的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn) TI.com 上的 TI 的電平轉(zhuǎn)換著陸頁(yè)以及電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施解決方案頁(yè)面。

圖 3 使用 LSF0102 的 I²C 總線電平轉(zhuǎn)換示例

圖 4 使用 SN74LXC2T45 的 GPIO 電平轉(zhuǎn)換示例