电池管理

英飞凌科技股份公司（FSE代码：IFX / OTCQX代码：IFNNY）与Eatron Technologies签署合作协议，将Eatron先进的机器学习解决方案和算法集成至英飞凌的 AURIX™ TC4x微控制器（MCU）中。此次合作旨在推进汽车电池管理系统（BMS）的发展。得益于MCU系列的尖端机器学习功能和集成并行处理单元（PPU），Eatron能够最大程度地提高其AI驱动的电池管理软件的性能和准确性。

配图：英飞凌AURIX™ TC4x微控制器.jpg

英飞凌AURIX™ TC4x微控制器

两家公司正在共同帮助电动汽车（EV）制造商解决迄今为止阻碍客户大规模采用电动汽车的三个技术挑战：里程焦虑、充电速度和电池健康。

Eatron首席执行官Umut Genc表示：“英飞凌的AURIX TC4x 并行处理单元（PPU）使我们能够提供基于AI的电池诊断，包括镀锂检测和预后，健康状态（SoH）和老化轨迹，以及边缘剩余使用寿命（RUL）预测。我们领先的‘全状态’（SoX）解决方案可对可用电量、功率和电池健康状况进行最准确、最强大的电池级评估。这让TC4x 的用户有机会通过我们的软件和机器学习模型获得领先的电池管理系统（ BMS）解决方案。”

PPU是一种片上单指令、多数据（SIMD）矢量数字信号处理器（DSP）。与传统CPU相比，可显著缩短计算时间。英飞凌在其生态系统中提供了一个自动化工具链，以确保能够最便捷、高效地处理PPU。例如，自动化工具链使客户能够自动将现有模型转换为矢量化代码。

英飞凌科技高级副总裁兼汽车微控制器产品线总经理Thomas Boehm表示：“英飞凌全新AURIX TC4x系列旨在提高众多xEV 应用的效率。如今，我们很自豪地宣布，AURIX TC4x克服了先前的计算性能限制，使我们的客户能够充分利用高精度模型和算法的价值。目前，电动汽车领域的新一轮技术进步正在推动电池管理系统（BMS）领域的蓬勃发展。我们在提供出色半导体硬件的同时，很高兴能与像Eatron这样的合作伙伴共同服务这一市场。”

关于EatronTechnologies

Eatron是一家快速成长的技术公司，致力于通过智能软件为全球所有汽车和电池制造商释放电池的全部潜能。Eatron开发AI驱动的边缘到云端连接的软件平台，为汽车、移动及其他领域提供更好、更安全、更耐用且更环保的电池。了解更多信息，请访问www.eatron.com。

关于英飞凌

英飞凌科技股份公司是全球功率系统和物联网领域的半导体领导者。英飞凌以其产品和解决方案推动低碳化和数字化进程。该公司在全球拥有约56,200名员工，在2022财年（截至9月30日）的收入约为142亿欧元。英飞凌在法兰克福证券交易所上市（股票代码：IFX），在美国的OTCQX国际场外交易市场上市（股票代码：IFNNY）。

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英飞凌中国

英飞凌科技股份公司于1995年正式进入中国大陆市场。自1995年10月在无锡建立第一家企业以来，英飞凌的业务取得非常迅速的增长，在中国拥有约3,000多名员工，已经成为英飞凌全球业务发展的重要推动力。英飞凌在中国建立了涵盖研发、生产、销售、市场、技术支持等在内的完整的产业链，并在销售、技术研发、人才培养等方面与国内领先的企业、高等院校开展了深入的合作。

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前言

随着城市化进程的加快、人们生活水平的提高和节能环保理念的普及，越来越多的人选择了电动车作为代步工具，而两轮电动车的出行半径较短，需要频繁充电，因此在城市中设置两轮车充电桩就非常有必要了。城市中的充电桩不仅能解决两轮车充电难、乱摆放的问题，而且能够更大限度的保证了用户的充电安全，有效降低了充电过程火灾事故的发生。

两轮车充电桩解决方案

上海航芯的两轮车充电桩解决方案以ACM32F403RET7为主控芯片，该方案包含了电源模块、控制模块、显示模块、通讯模块等。ACM32F403主频高达180MHz，带两路CAN接口，可与BMS通信，读取电池相关信息，带四路高速QSPI接口，实现与NFC模块的高效通信，另外带串口、32bit Timer、IO等丰富的外设资源，很好的满足了产品的功能需求，方案框图如下所示：

两轮车充电桩方案框图

充电桩电网中输入220V交流电，通过可控硅、功率MOS管、继电器等开关器件，控制充电的通断，为了充电安全，往往会在电路中增加电流检测以监测充电过程中电流的变化，实现过流保护、空载保护、充满自停等，常见的电流检测方法有：电阻采样、电流互感器采样、霍尔元件采样，一般情况多采样电阻采样。

通讯方面搭配了4G模块和NFC模块，主控芯片通过UART与4G模块通信，连接到后台的充电管理系统，将实时的充电状态同步到后台，也可在APP上操作，远程控制充电的开启和停止。同时也支持NFC刷卡，通过SPI快速检卡，识别持卡用户，认证成功后进行扣费开启充电。

BMS（电池管理系统）主要是监控电池的工作状态（电池的电压、电流和温度）、预测电池的剩余电量（SOC）和相应的剩余行驶里程，进行电池管理以避免电池过充、过放、过热和单节电池电压不平衡的现象，从而最大限度的发挥电池的循环寿命。系统预留了CAN接口，以便在充电过程中，BMS可将电池的充电参数（电压、电流、SOC等信息）定时发送给充电机，从而改变充电策略、为调整充电参数提供参考，在充电结束后，BMS将充电完成的信息通过CAN总线发送至充电机，从而切断电源，完成充电。

来源：上海航芯

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围观 34

电动自行车、电动摩托、储能电源等诸多应用场景中，通常都需要使用到大功率动力电池组作为电动车或电器设备的动力来源。大功率电池的特点是能量密度特别高，尤其是在车辆行驶或负载设备工作时需要高电压、大电流，其瞬间输出功率非常大，而大功率的充、放电会引起电池发热，一旦因为过充、过放、发热等原因导致电池自燃或爆炸，则会造成严重的安全事故。此时如果没有一套可靠的电源管理系统为其保驾护航，高能量密度电池组就如同随时可能被激活的炸弹。因此，对于大功率电池来说，需要一套安全高效的电池管理控制系统，才能保证电动交通工具或电器设备的安全使用，这就有了BMS电池管理系统（BatteryManagement System）的用武之地。据BusinessWire估计2021年全球BMS市场规模为65.12亿美元，至2026年预计可达131亿美元，CAGR为15%，市场空间广阔。

锂电池面世以来，由于性能上的巨大优势，迅速成为市场主流，广泛应用于消费、储能以及动力电池等领域，鉴于锂电池的高能量密度产生的安全风险，使得高可靠性、高精度的电池管理成为锂电池应用的关键，一个优秀的BMS应用解决方案无疑会为新能源电池及电动车等产品带来市场竞争优势。BMS是专门用来做电池运行管理的控制系统，借助BMS电池管理系统的电芯监控、荷电状态（SOC）估算以及单体电池均衡等核心功能，可以最大限度地利用电池组的电力输出、平衡其功能，确保其安全运行。BMS控制模块通常要求具备精准快速测量的高性能处理能力，具有高共模电压抑制能力，功耗低，平衡电芯，保护电池组免受危险电压、电流和温度水平的影响，并且可与充电器、负载、热管理、紧急关停等其他子系统进行安全通信交互。

BMS的各种复杂控制功能实现，离不开高性能MCU主控芯片的参与。MCU是锂电池组控制模块不可或缺的核心部件，它可以时刻管理电池的使用状态，通过必要措施缓解电池组的不一致性，为锂电池的使用安全提供保障，并延长锂电池的使用寿命。国民技术N32系列MCU以其高性能、高集成、高可靠、低功耗、安全等优势特性，广泛用于BMS电池管理与储能等应用领域，其应用场景十分丰富。

基于N32L406的某品牌智能电动车锂电池组BMS控制板（图片来源：BilibiliUP主吃拆玩呗视频截图）

N32系列MCU在BMS应用中的优势

1, MCU内置FLASH支持指令缓存和预取，支持FPU和MMU指令，高效率运行BMS核心控制算法。

2, 内置12bit的独立ADC，5Msps采样率，可同时工作，支持多达16个采样通道，轻松实现过压检测、欠压保护、短路关断、温度检测、电池均衡控制等功能。

3, 具有丰富的外设接口，支持多个UART、I2C、SPI等接口，同时支持CAN，灵活实现故障诊断和警告上报。

4, 行业领先的低功耗水平，更加低碳环保。芯片动态运行功耗低至60μA/MHz，静态功耗低至1.5μA。

5, 内嵌国际及国密加密算法硬件加速引擎，提供Security BOOT/FOTA/存储/认证安全解决方案方便品牌厂家生态控制，防止假冒产品，保护核心知识产权。

6, -40℃～105℃的工业级工作温度范围，在恶劣环境下长期稳定运行。

基于N32 MCU的BMS应用框图

国民技术N32G455、N32G452、N32G435、N32G432、N32G430、N32G032、N32L40x、N32WB452、N32WB031等N32系列MCU已经在BMS电池管理与储能应用领域获得多个标杆客户的认可和批量应用，部分应用案例包括：汽车BMS、短交通电池BMS、共享换电系统电池BMS、电池保护板等电池管理；汽车、两轮电动车充电桩；电动车面板、控制器；以及储能电源、电柜补偿、铁塔电池换电、无人机电池、电源逆变控制板等多种新能源应用场景。

国民技术坚持技术创新，积极布局新能源应用领域，面向消费、工业、汽车电子等领域研发新能源电池及电源管理技术，以业内领先的核心技术优势，提供有竞争力的MCU、BMS整体解决方案。在汽车电子领域提供MCU、安全芯片等车规级核心器件，不断以创新技术助力汽车电动化、智能化和网联化发展。

来源：Nations加油站
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围观 117

汽车级ISL78714电池管理IC可提供业界精准的电池电压测量与ASIL D功能安全

2019 年 8 月 8 日，日本东京讯 - 全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社（TSE：6723）今日宣布推出第四代锂离子（Li-ion）电池管理IC，提供高精度及使用寿命。ISL78714提供精准的电池电压与温度测量、电池均衡及广泛的系统诊断，以保护14节锂电池组，最大限度提升混合动力和电动汽车（HEV/MHEV/PHEV/BEV）的电池寿命和续航里程。

瑞萨汽车系统开发事业部副总裁铃木正宏表示：“ISL78714电池管理IC为电池管理系统提供最佳的电池组监测精度、快速数据采集能力和故障检查功能。我们与马恒达（Mahindra）车队合作的电动方程式（Formula E）技术并帮助他们在比赛中获胜。我们为马恒达电动赛车共同设计了采用ISL78714 IC和RH850 MCU的锂离子电池管理系统。”

ISL78714可监测并均衡多达14个串联电池，在汽车工作温度范围内测量精度可达±2 mV，帮助系统设计人员根据绝对电压水平进行判断。ISL78714包含精密的14位模数转换器和相关数据采集电路。该器件可提供多达六个外部温度输入（两个可从GPIO获得），并包括所有关键内部功能的故障检测与诊断。

ISL78714满足包括HEV/PHEV在内的所有类型EV电池组系统的安全性、可靠性和高性能要求，使汽车制造商能够达到 ISO 26262汽车安全完整性等级（ASIL D）评估。此外，ISL78714还可在10ms内监测并读取112个电池的过压/欠压、温度、开路状态和故障状态；或在6.5ms内监测并读取70个电池的状态。

多个ISL78714可通过专用菊花链连接，支持多达420个电池（30个IC）的系统，提供业界领先的瞬态和EMC/EMI抗扰性，超越汽车等级要求。ISL78714菊花链拓扑结构采用低成本电容或变压器隔离（或将两者结合），利用双绞线将多个电池组堆叠，同时防止热插拔和高压瞬变。当与主MCU失去通信，看门狗定时器会自动关闭菊花链IC。

ISL78714电池管理IC的关键特性：

监测并管理多达14个电池电压，测量精度为±2 mV
坚固的双线菊花链通信系统，采用通讯速率高达1 Mbps的电容器或变压器耦合
全差分电池输入范围为±5 V，适用于燃料电池和老化电池组的跨接铜排母线测量要求
精度为±6mV@±6σ的15年电路板级（长期漂移）
电池电压和温度测量符合ASIL D标准
符合AEC-Q100 2级标准，工作温度范围为-40°C至+105°C

电池管理系统（BMS）参考设计现已上市，其中包括5个ISL78714集成电路和1个RH850/P1M MCU，组成完整的70节电池评估平台，用于外部电池均衡。参考设计套件通过CAN和UART提供设置和数据记录；同时提供了GUI、Altium布局文件和面向RH850外围设备及ISL78714的底层驱动程序；提供硬件、软件和接口参考手册及EMC报告。参考设计套件可帮助电动汽车系统设计人员将其软件移植到RH850 MCU上，并扩展至任何大小的电池组，节省长达一年的开发时间。

供货信息

ISL78714锂离子电池管理IC现已批量生产，采用64引脚TQFP封装。有关ISL78714、评估板和BMS参考设计套件的更多信息，请访问：www.renesas.com/products/isL78714 。

围观 139

微控制器将在观光噪比(IoT)取向设计大多数因特网主控制元件和这些MCU将有可能被电池供电。电源效率将是实现可接受的电池寿命至关重要因此MCU将需要管理的电池使用更精确地比以往任何时候。许多MCU具有特殊的功能，帮助管理电池电量和使用这些功能优化可能使输赢在市场之间的差异。

本文将很快回顾一些实现高效电池的MCU产品设计，并说明所需的关键功能，例如使用的设备，这些功能如何提高工作效率和电池寿命。软件工具，帮助估计电池寿命将用于展示如何在您详细的设计实施估计寿命。这极大地有助于设备选择并且是一个关键的技术用于创建电源效率的设计。

管理电源域

电池的MCU实现时想我们最初可能，前提是有一个单一的MCU电源域，流失的电池，我们的目标是管理这个电源域打造最节能的微控制器实现成为可能。很快我们就会发现这种假设通常是假的，但是，即使是简单的MCU通常具有片上多电源域。事实证明，有多个电源域可以是一个很大的优势，当电源效率是最重要的，以我们的设计。具有多个域可以让我们更有效地管理和控制电源到MCU的是基于我们需要执行为特定实现的功能所需的部分。让我们来看一个具体的MCU，看多电源域怎么可能是有利的一个典型的电池供电的设计。

所述STM32F0x1系列MCU(例如，STM32F051K8U6)是STM32 MCU系列入门级装置，并且因此是可在基于电池的应用中经常使用的装置的一个很好的例子。下面的图1显示了为STM32F0x1 / X2设备的各种电源域。的VDDA域权力模拟导向块中的装置，并包括用于在A / D转换器，D / A转换器，温度传感器，复位发生器和时钟的PLL功能。该VDDIO2电源域可在STM32F04x / 7X / 9x的设备，并提供了一个独立的I / O电源轨时，不同的I / O标准需要得到支持(该电源电压范围为1.65〜3.6 V，以支付各种I / O标准)。主VDD功率域提供功率，以大量的装置。这包括在非STM32F04x / 7X / 9X设备的I / O环，待机电路和唤醒逻辑通常总是在，它也通过权力1.8 V数字核心(处理器，内存和数字外设)一个片上稳压器。

意法半导体STM32F0x1 / X2电源图片

图1：STM32F0x1 / X2电源显示电池备份域。 (意法半导体提供)

最终的电源域，从外部VBAT引脚源，提供电源备份域。备份功能包括一个低能量的32 kHz晶振时钟振荡器，备份寄存器保持其值，即使电源中断，给设备的其他部分(方便保存重要的数据，系统复位和电源之间波动)，而真正的-time时钟(RTC)的块。一个低电压检测器可以自动切换到在VBAT输入时在VDD信号低于设定的阈值，以简化电池备份实现。

这些独立电源域可以很容易地控制和管理传送到MCU根据由应用程序所需的动作时的功率。例如，如果设备正在等待的RTC信号它的时刻开始的模拟 - 数字，大部分装置可以掉电只用电池备份域操作。该RTC超时可以切换的I / O信号，提醒外部电源管理器件，然后可以打开额外的电源域。这可以是一个非常功率高效的技术，但需要一个外部功率和电池管理装置。

在一些应用中STM32F0x1 / X2器件将通过将装置的各个部分进入低功率模式，管理的时钟频率和测量电压源管理电池和电源，以在其自己的密钥块，以检测何时低电压电平可能会影响操作。在这些应用程序的多个片上电压域和低功耗工作模式都是关键要求。现在让我们看看在低功耗模式，更详细地了解他们与多个芯片的电源域是如何工作的进一步提高电池的实现方案的电源效率。
为了帮助工程师设计开发意法半导体提供的STM32F0系列的产品培训模块概述。

低功耗MCU运行模式延长电源效率

几乎所有的MCU现在提供各种各样的减少通过限制工作频率和/或重点区块的可操作性操作电源的低功耗工作模式。这些模式有各种各样的名字，但它们的功能往往是非常相似的。飞思卡尔MCU MCF51QE系列的低功耗工作模式，你应该寻找时，电源效率是您的应用程序的关键类型的一个很好的例子。甲状态转移图和简单的功率调节表示于图2来说明这些模式如何可以用来提高功率效率。该运行模式不限制经营和监管工作在全开状态。在其它模式中的各种块进行操作使用较低的功率通过关闭电源键元件或通过降低工作频率。例如，在等待模式中的CPU关闭以节省电力，但外设在它们的全时钟速率操作。这节省了功率时不需要CPU的运行，但定时器或通信外围设备必须继续工作。通常，这些外设可以通过中断刚睡醒的CPU当CPU是必需的。到关闭CPU的能力可以节省一个显著量运行功率的由于CPU，操作时，采用多数所述MCU功率预算。每个低功率模式的更详细的说明在下面的部分中提供。

飞思卡尔MCF51QE128低功耗模式的图像

图2：飞思卡尔MCF51QE128低功耗模式。 (飞思卡尔提供)

运行模式 - CPU时钟可以全速运行，内部供应是充分的监管。
LPrun模式 - CPU和外设时钟被限制为250 kHz的CPU时钟和125 kHz的总线时钟最大的内部供应处于软监管。
等待模式 - CPU关闭以节省电能;外设时钟正常运行，内部稳压器正常工作。
LPwait模式 - CPU关闭以节省电能;外设时钟是在低速(125 kHz的最大值)和内部稳压器在宽松的监管模式下运行运行。
停止模式 - 系统(CPU和外设)时钟停止。
STOP4 - 所有的内部电路供电(全调节模式)和内部时钟源仍处于最高频率最快的恢复。
停止3 - 所有的内部电路松散的监管和时钟源的最低值(125 kHz的最大值)，提供用电和恢复速度之间的良好平衡。
停止2 - 内部电路的部分电源关闭; RAM内容被保留。在低功耗模式，此设备。需要复位从停止2模式恢复。

在运行，等待和停止模式普遍存在于现代MCU和非常功耗节能设计提供了依据。尤其是，应用程序，只定期使用主CPU - 也许只进行平均大量传感器读数或管理接收到的数据缓冲器，当缓冲器接近充满 - 可以通过关闭CPU和让智能节省功率的戏剧性量外围设备处理尽可能多的算法成为可能。等待和停止之间的区别通常体现在响应时间，因为它通常需要更长的时间来块从低功耗状态通电(即减少一个典型的停止模式下，静态电流)，而不是删除一个时钟门控信号一个块(即只减少动态电流在典型等待模式)。

可以在MCF51QE128的LPrun和LPwait模式提供了另一种技术，通过运行在CPU和/或外围设备，以降低功耗低得多的频率比正常。当操作不容易被周期性地执行，而且必须连续运行，而不必在高速运行时非常有用。例如，通信数据包可能以高速在正常运行模式中接收，但LPrun可以用来处理数据。这是特别有用的，如果处理时间是依赖于数据的，并且不能经由周期性定时器中断很容易地进行管理。一旦数据被处理时，LPwait状态可以进入等待，直到下一数据分组需要被接收。

结合使用不同的电源域和低功耗模式允许多种有效实现。寻找各种时钟频率，低功耗模式和状态转换的最佳组合可以是一个艰巨的运动，通常需要事先对具体实施工作要做，或者你可能会发现使用已选定的设备并影响项目进度不能满足你的操作要求显著。理想情况下，你会希望能够模拟各种运行功率水平，估计电池寿命为目标的应用程序。幸运的是(或者也许是因为他们明白这一点的难度)的MCU厂商都创造了一些评估工具，我们可以用它来解决这个难题。

软件工具帮助评估电力需求和电池寿命

其中一个使用的工具越容易从Microchip XLP电池寿命估算(BLE)1。这个免费下载的工具，与任何XLP单片机工程估算功耗在整个应用程序。它也可以被用于获取的功耗为您的XLP MCU设计内键例程详细估计。下面的图3显示了BLE的图形用户界面(GUI)。您只需选择您的设备，你的电压和温度，然后你的目标电池(步骤1至3的GUI)。然后，您可以指定关键业务应用程序，定义工作频率，该函数使用模式下，时间的功能被激活和各种模块(如ADC，UART，定时器等)功能时有效。 (在下面的例子中有一个在运行模式在16兆赫，两种休眠模式功能并在1 MHz的运行模式功能的功能)的软件自动确定在每个功能所使用的电流，然后报告所估计的电池寿命该设计。在这个例子中，电池的寿命估计在不到200天。一个完整的文本文件，报告可以生成保存程序设置和结果。一个例子示于图3的底部。

将Microchip XLP电池寿命估算程序映像

图3：Microchip的XLP电池寿命估算程序 - GUI和报告。 (Microchip的提供)

使用的电池寿命估算程序可以很容易地找出关键程序和您的应用程序使用最多的功率。这使您可以调整设计，同时尝试不同的设备，以找到合适的实现。这样做之前，详细的编码和电路板设计可以节省你浪费显著努力探索的选项，将无法实现，你需要一个成功的设计的电源效率。

一旦你有信心，你的选择，你可以再取使用评估套件，如Microchip的PIC24F评估和演示工具包的下一个步骤。通常，这些套件包括了丰富的示例代码，参考设计和丰富的文档，可以很容易编写你的关键程序和测量实际的功率水平，你会在全面实施得到。

新的低功耗技术的高效电池的实现方案

MCU厂商也在推动技术信封不断创造从头开始新的低功耗功能。德州仪器创造低功耗面向MCU的使用新的非易失性存储器的铁电RAM或FRAM，它结合了速度，灵活性一个家庭，和SRAM的耐力与闪光灯的稳定性和可靠性，都在较低的总功率消耗。 FRAM存储器具有超低功耗和快速(每字125纳秒)写道。 FRAM可以用作程序，数据，或存储到简化应用开发。 FRAM的超低功耗，非易失性使其成为电池供电的MCU应用需要，如数据汇总和传感器预处理显著存储访问和计算能力的绝佳选择。

该MSP430FR微控制器系列还具有关键的低功耗模式，智能外设，以及先进的处理能力。图4中的框图显示所有关键MCU功能的MSP430FR5731 / 5/9的设备可用。还检查了TI产品培训模块，涵盖了TI MSP430FR MCU系列的特性，并展示了如何在FRAM技术为各种应用显著的低功耗优势。

德州仪器MSP430FR5731 / 5/9框图图片