今年夏天，因台风暴雨等恶劣天气，断电断网频上热搜，而稳定的供电和网络恰恰是当代年轻人最不能缺少的“精神食粮”。
面对突发断电情况，有什么补救措施？那就自制一个家庭应急储能站——
01什么是应急储能站？
家庭应急储能站是一种可以在家庭电力中断时提供应急供电的设备，可以在紧急情况下提供可靠的电力支持。它通常由电池组、逆变器和控制系统组成，可以提供稳定、可靠的电力输出。
目前在市场上能够买到的家庭应急储能站，要么价格比较高，要么就是功能和监测手段不多，在使用过程中，无法实时监测各个关键元件的参数和性能，而且，可拓展性不强。因此，才有了本次设计。
02自制储能站的功能规划
家庭应急储能站规划三种工作模式：
模式一：当市电正常时
系统默认使用市电供电，控制器实时监测市电电压与系统电流以及蓄电池组的电压。在电池组电压低于阈值电压时，控制充电机进行充电，同时监测蓄电池的充电电流与电池温度。在电池组满电后，断开充电机，停止充电，进入备用状态。如果出现充电温度过高或电池过充时，控制器自动断开充电机，并进行报警。
模式二：当市电异常断电时
控制器启动逆变器，在监测到逆变器输出正常后，将供电切换到逆变器，也就是储能站为用户供电。同时，控制器实时监测逆变器的输入/输出的电流、电压，在出现过载后，根据过载量执行动作，比如过载量在10%以内报警，过载量超过10%以后直接断开所有负载。此外，当蓄电池电压低于告警阈值也会进行报警，当蓄电池电压低于最低阈值后，直接断开所有负载。为满足手机、应急手电等设备的充电，还增加了一个4口的USB 5V输出， USB输出在需要时通过手动开启即可。
模式三：市电在中途恢复
在储能站工作过程中，监测到市电恢复后，系统提示用户，是否进行电源切换操作，由用户确认后再执行切换操作。
03硬件选型与设计
根据功能规划，系统的功能框图就非常清楚了。
电池组：48V/35安时的免维护铅酸蓄电池，由4块单体12V的电池串联，按照1KW的放电功率，最大能持续放电1.5小时。铅酸蓄电池虽然体积较大，但是有安全、简单、高功率放电性能好等诸多优点。至于为何不用锂电池，抛开价格不说，谁敢在家里放炸弹。
充电模块：48V/4A的充电模块，支持充满自停和涓流充电。
逆变单元：500W的纯正弦波逆变器，峰值功率能达到5000W，直流电压输入是48V，逆变器输出的频率是50.1Hz，输出电压为221V左右。
控制器：系统核心，时刻监测市电的电压、电池的电压，以及电流温度，断电时还要启动逆变器，让系统工作。控制板上的MCU则是控制器的心脏，使用TI的MSPM0系列，MSPM0G3507。
上期关于MCU选型中，我们介绍过如何根据项目需求选型。MSPM0G3507，我们就是根据家庭应急储能实际的功能需求选出来的。首先，MSPM0G3507的主频达到了80MHz，性能绝对满足控制要求，然后就是它的ADC和模拟性能，可以快速准确的监测系统的电压、电流等信息。此外，它的外设接口比较丰富，为这个项目提供了与上位机或串口屏等外设通信的能力。
应急储能站主要硬件组成选择完成后，就是硬件电路设计了。这张是控制电路的全部构成：
第一部分：MSPM0G3507最小系统电路。在设计时，根据TI官网提供的参考电路即可，对新手来说非常友好。
第二部分：I-V缓冲电路。市电的电压、电池的电压等参数的测量全部使用隔离变送器，将高电压和大电流转换成4-20mA的信号输出。但MSPM0G3507处理不了电流信号，因此通过I-V缓冲电路进行转换，就可以把变送器测得的数据送入到MSPM0G3507的ADC中，进行转换和处理，从而得到想用的电压值。
第三部分：中间继电器电路。光耦隔离继电器模块输入端连接MSPM0G3507的I/O口，通过I/O口输出高电平就可以控制继电器的通断。
第四部分：电气控制主回路。根据测得的电压参数，MSPM0G3507输出控制信号，从而控制系统的工作模式。
将所有硬件器件安装在配电箱中，成品如下：
04软件程序
系统的软件部分主要是MSPM0G3507的控制程序，首先是外设初始化配置，这部分使用TI的图形配置软件即可自动生成初始化代码，非常方便。
在主程序里，则主要实现对储能站的ADC采样与计算，然后通过设定条件判断当前系统的工作状态，并且将参数发送到触摸屏上。
05系统测试
系统在配电柜中上电：
MSPM0G3507工作状态：
模式一：当市电正常时，由市电供电
模式二：当市电异常断电时，电池供电，电池电流有输出
模式三：市电在中途恢复，提示是否切换
06项目总结
从测试结果看，我们制作的家庭应急储能站的功能全部实现。整个系统没有采用并网运行，考虑到自己并没有需要无缝切换的应用需求，而且并网增加的经费并不低，所以未并网。
本项目使用TI的MSPM0 MCU，作为M0+内核的MCU，主频高，模拟性能强，开发中使用的资源只是冰山一角，未来还会使用它进行电机开发以及工业现场控制。
如果对家庭应急储能项目感兴趣的小伙伴可以一试，但提醒一定要购买符合高压的设备模块，注意安全。
