雙向電源轉換器的概述

節能省電是電力電子產業相當重視的課題之一，隨著再生能源發電占比不斷提升，儲能系統的重要性勢必更為顯見。雙向電源轉換器有助於改善智慧電網與電池之間的電力傳輸效率，逐步達到減碳淨零目標。本文介紹電池管理系統的雙向電源轉換器電源架構以及設計注意事項。

緒論

未來的能源政策往提高再生能源占比為目標，為了實現高占比的再生能源，使用電池儲能讓再生能源併入電網為一關鍵，以發揮穩定電網的作用。透過電池管理系統(Battery Management System, BMS)來監控電池的電壓、電流、溫度等狀態，並對電池進行漏電檢測、熱能管理、電量均衡管理、評估剩餘容量(State of Charge, SOC)和健康狀態(State of Health, SOH)，並且提供CAN總線通信接口，如圖1所示。

多數的電源管理系統需確保各電源轉換器的電力輸出平衡，電源轉換器在充放電過程中，大都是先透過微控制器單元(Micro Controller Unit, MCU)偵測各點電壓和電流，再決定電源轉換器充電或放電機制。因此使用雙向電源轉換器分配電力輸出，避免電池過度充電和放電，因而減少電池壽命。以下將介紹雙向電源轉換器之功能與設計要點。

雙向轉換器介紹

當需求高電量供應時，雙向轉換器可以將多餘能量傳回電網儲存，以達到平衡電網的功能。此常使用在電能轉換應用電路和儲能系統，例如再生能源的電量供電到電動車電池。雙向轉換器透過微控制器得知電池的充電狀態，當偵測到電池組充飽或者是模組電壓偏高時，即可各別將電池模組改為放電模式，將電能回饋置系統端，或者是幫輔助電池與其他電池模組先定電流充電，而後再定電壓充電，讓低壓電池模組與高壓電池模組相互充放電，以確保實現高效節能。

以油電混和車(HEV)和純電動車(BEV)的電源系統架構中，48V/12V雙向電源轉換器可提供12V和48V雙電壓輸出，而使用48V供電給高負載電路，例如空調系統或啟動系統，此可以減少功率損失,設計複雜度和節省生產成本。使用12V供電到車內輔助系統，例如照明，多媒體音響。

再生能源儲能

不穩定單一再生能源因受到天氣變化或時常地大量電力需求，使得不適用單一再生能源的獨立運行。圖3為太陽能或風力發電的能源儲存系統，將採集的電能儲存於直流匯流排，當設備用電於離峰時期時，預將電能經由雙向轉換器儲存到電池或交流系統網路，防止發生過度用電需求。

隔離型雙向電源轉換器電路主要利用兩組開關、變壓器和數位控制IC所組成。雙向轉換器設計上需選用低雜散電容和低導通阻抗的電晶體開關，以減少穩態輸出電壓降和開關切換瞬間時造成的突波。

非隔離型雙向電源轉換器電路常見採用典型的Buck/Boost轉換器電路架構，具備升降壓雙向功能。透過切換開關改變輸入、輸出電流充電和放電方向，利用雙向開關代替單向開關，來實現雙向能量轉換。相較於隔離型架構，此方式能提高轉換效率、降低成本與尺寸。

結論

由於再生能源發電系統和電動汽車的普及，雙向轉換器越來越受到關注。此提供電網與電池之間雙向傳輸能量，以實現高轉換效率的電力轉換。雙向電源轉換器架構主要架構分成隔離型與非隔離型，而本文簡述說明該如何挑選雙向轉換器以及設計考量。

頻譜電子創立於1987年，為專業的高階電源模組(交流轉直流電源轉換器, 直流轉直流電源轉換器)提供設計製造及技術服務，服務範圍遍及全球。我們致力於為客戶創造商機並且自詡為客戶的虛擬事業體。頻譜電子擁有35年以上的豐富經驗，從市場研究開始，我們在商業方案、產品研發、供應鏈管理以及全面技術服務等都可以提供高標準的服務。

頻譜電子是業界中唯一擁有ISO9001, IATF16949, ISO22163(目前為台灣唯一一家獲得銀級認證的公司)以及ESD20.20。我們專精於高端應用，像是工業、鐵道、電動載具以及醫療市場等。我們的技術能力涵蓋寬輸入範圍12:1、寬操作溫度自-40°C至110°C、超高絕緣標準可以達到reinforced以及2MOPP、高隔離耐壓達到20KVDC，甚至可以達到EMI Class A Built in等。除此之外，頻譜電子導入智慧製造以及國際化的生產基地，讓我們可以遊刃有餘的面對來自世界各地且變化極大的需求。