近日，四维图新旗下杰发科技功能安全MCU芯片AC7840x与国内某头部Tier 1厂商合作，率先应用在新能源汽车动力电池域推出BMS方案。这标志着国产汽车MCU芯片厂商正式打破了一直以来仅应用于中低端车身域的传统，开始在汽车功能安全等级要求较高的核心区域崭露头角，为推动国产汽车芯片的创新迈出了关键一步。

动力电池，作为新能源汽车最重要的核心零部件，决定着电动汽车未来的普及和长远发展。BMS（Battery Management System）是一种监测、控制和保护车辆电池的系统，在电池运作系统中充当 “电池保姆”的角色。车规级MCU芯片作为BMS的核心组件之一，负责执行电池监测、均衡控制、温度管理、充放电控制、通信协议支持和故障诊断报警等各种任务，新能源汽车BMS系统通常要求MCU芯片须通过AEC-Q100、ISO 26262功能安全等一系列测试和认证，以确保电池的安全、高效运行。

杰发科技全系列车规级MCU芯片已完成新能源汽车动力电池域BMS方案的布局，包括AC7801x平台、AC7840x平台和AC7870x平台。AC7801x平台主要应用于电流传感器领域，已与霍尼韦尔进行合作，用于其电池包内电流传感器等车载硬件和设备中，充分保障新能源汽车电池系统安全工作及续航里程优化，目前已搭载到多款新能源汽车中，出货量突破百万颗。

中端BMS方案由AC7840x平台执行，可提供较为基础的电池监测和管理功能，包括电压监测、温度监测、充放电控制等，能较好控制成本，适用于较为简单的电动汽车应用场景。目前，杰发科技MCU芯片AC7840x已与多家Tier 1厂商就BMS方案达成合作，将搭载于多款新能源汽车上。AC7840x是杰发科技符合功能安全ISO 26262 ASIL-B支持AUTOSAR的车规级MCU芯片，符合AEC-Q100 Grade 1认证，信息安全符合SHE标准，支持安全启动。

高端BMS系统的方案设计和功能实现都更为复杂，由杰发科技即将于2024年推向市场的AC7870x平台执行，AC7870x是公司推出的符合功能安全ASIL-D多核高主频高端MCU芯片，支持锁步核和Hypervisor，符合国际Evita Full标准，支持国密SM2/3/4算法。搭载AC7870x的高端BMS方案可实现电池均衡、快充控制、故障诊断、安全保护等较全面的功能，适用于对性能、安全性和电池寿命有更高要求的高端电动汽车和能源存储系统。

近日，杰发科技凭借MCU芯片BMS方案的领先性，在2023xEV电池技术暨2023新能源光储充融合产业大会上一举斩获“BMS国产化芯片TOP企业”奖项。2023中国xEV动力电池系统产业链TOP企业评选由NE时代和RIO凌傲咨询推出，旨在发掘优质企业，凝聚研发力量，推动动力电池产业高质量发展，助力电气化转型。评委会由动力电池产业的外部专家，以及NE研究院资深团队共同组成，覆盖车企、电池、BMS、电池结构件、热管理、热安全等领域，并从市场表现、研发实力、未来潜力和财务状况等四个核心维度进行评选。   

除新能源汽车行业以外，杰发科技还提供包括工业储能在内的多领域BMS方案，出货量突破百万颗。

杰发科技作为国产汽车芯片行业的领军者，此次MCU进入新能源汽车动力电池域并推出BMS方案，不仅为中国汽车电子产业注入了新的活力，也展现了国产芯片在高端领域的竞争实力。未来，随着新能源汽车市场的不断发展和技术的不断创新，杰发科技有望在汽车电子领域继续发挥重要作用，为中国汽车产业的全面提升贡献更多力量。

电池管理系统（BMS）通过监控电池的状态，智能化管理及维护各个电池单元，从而防止电池出现过充电和过放电。优质的电池管理系统能够最大限度地延长电池整体使用寿命，有效保障设备安全。

01、BMS电池管理概述

BMS，即电池管理系统（Battery Management System），随着锂电池的广泛应用，BMS作为锂电池的“保姆”也越来越被大众所关注。相较于传统电池，锂电池具有更好的能力密度，更高的工作电压，更低的放电率。但锂电池在面对过充、过放等问题时，相对脆弱。由于锂电池组在生产制造和使用过程中存在的差异性，会导致电池单体之间天然就存在着不一致性。这种不一致性主要表现在单体容量、内阻、自放电率、充放电效率等方面。单体的不一致，会进一步导致过充、过放等问题，进而造成电池寿命下降甚至死亡或损坏。

图1 | 容量不一致时充放电过程示意图

如图1所示，由于电池单体的差异，在充电时，低容量电池充电已饱和，而较大容量的电池电量未满，此时对于小容量单体来说，则处于过充状态。相反，放电时，较大容量的电池仍然处于放电状态，而小容量电池电量已空。有研究表明，单体电芯20%的容量差异，会带来超过40%的容量损失。

而BMS模块则是为避免该问题的出现而存在。BMS会实时监测单体的容量，并采用电池均衡手段来保证电池的正常工作。将不同容量的单体比作体积不同的水桶，而电池的电量好比是水桶中存留的水。充放电时，BMS会将快满的“水桶”里面的“水”转移到较空的“水桶”中，以此来保证整体电池电量的均衡，避免出现过充和过放的问题。如图2所示。

图2 | BMS电池均衡示意图

02、上海航芯BMS应用方案

上海航芯推出的BMS应用方案，采用ACM32F403/ACM32G103系列MCU作为主控芯片，最高工作频率可达180MHz/120MHz，内置最大512KB的eFlash和最大192KB SRAM，满足一般BMS算法库的需求。内置2Msps/3Msps采样率12位ADC，实现对电芯电压、电流、温度等信号的高频采样。具有USB/UART/CAN/SPI等多种通讯接口，足以应对大多数应用场合（如需要485通信的两轮电动车，需要CAN接口的新能源汽车等）。基于ACM32F403/ACM32G103的BMS方案结构示意图如下图所示：

图3 | BMS系统框图

ACM32F4/ACM32G1主控芯片，通过ADC对敏感信号进行采样，并依照BMS算法库计算得到当前电池的SOC、SOH等数据，执行均衡以及热管理控制，保证电池处于正常的工作状态。当出现问题时，支持在线警报同时给出LED指示信号。整个系统的运行参数可以通过CAN/USB/UART等接口进行上报。

前言

近些年来，电池技术在不断发展和革新，在碳中和大背景推动下，全球锂电池市场不断激增。

为最大程度利用锂电池能量，确保充放和使用的智能化及精准化，电池管理系统(Battery Management System, BMS)必不可少。BMS是保证动力电池使用安全的控制系统，可以时刻监控电池的健康状态。智能化管理及维护各个电池单元，采用主动或被动均衡方式管理电池充电，防止电池出现过充电和过放电。同时也可以估算锂电池剩余电量，方便用户合理规划使用。

图1. BMS特性图（图片摘自美国科罗拉多州立大学官网）

目前主流的BMS架构是通过图2中的AFE (电池采样芯片)进行电芯电压和温度等信息的采集和电池均衡功能；复旦微MCU作为主控，主要作用是电流采集和电池包的总压采集、充放电逻辑控制、电池健康状态计算、对外通信 (通常需要CAN通信隔离收发器)，AFE通过SPI通信将采集的信息传输到MCU；MCU的供电一般采用隔离供电，电池经过隔离DC-DC降压变换器给MCU供电以及控制充放电MOS电路进行电池包的充放电管理。

图2. 基于复旦微FM33LG0xx系列MCU的BMS应用框图

目前例如48V家储、E-Bike、电动摩托车、叉车/AGV、基站备电、便携式储能的BMS多采用这种架构；而1500V的高压集储、800V家储以及380V工商业储能，需要通过电池包并联或串联组合以达到更高的送电功率，因此其BMS架构也会比较复杂，如图3是目前较为主流的三级架构的BMS方案。

图3. BMS储能架构系统图

分为单体电池管理模块(BMU)、电池组/簇管理模块 (BCMU)、电池堆管理系统 (BAMS)，架构之间的通信利用CAN总线进行数据通信；储能系统采用这种模块化设计，可扩展性强，可以实现定制化服务。

复旦微MCU在BMS应用的优势

主推型号：FM33LE0xx系列,FM33LC0xxN系列，FM33LG0xx系列;

超低功耗

多达5种低功耗运行模式；稳定的超低深度睡眠功耗1uA（RTC保持）；支持IWDT睡眠模式停止计数；VBAT独立供电引脚支持RTC独立供电；    

高可靠设计

1.65~5.5V超宽范围工作电压；上下电复位机制；双WDT；晶振停振检测；引脚滤波、复位滤波.    

具备安全特性

AES硬件运算单元，128/192/256-bit；真随机数发生器；用户代码保护；功能安全自检库.    

个性化电路

片上可配置高速RC振荡器，可配置频率输出，出厂调校误差+/-0.5%；可编程胶合逻辑PGL；集成多个OPA、比较器.    

丰富的外设和资源

数字外设：CAN、I2C、SPI、UART、LPUART、I2C_SMB模拟外设：ADC、DAC、COMP、OPA、PGLFlash资源：64K~512K封装形式：32pin~100pin    

复旦微MCU低功耗性能优越，可靠性高，资源及外设丰富，在铅酸电池软件保护板、新国标锂电池软件保护板、12V/24V锂电池软件保护板、电动三轮车、低速车、AGV、家庭储能、便携式储能、1500V高压集储等BMS应用场景广泛应用。

复旦微MCU团队深耕于智能电表MCU，在能源应用、工业应用、汽车工业等可靠性要求高、应用环境严苛的领域积累了大量的技术经验。

复旦微MCU团队坚持以技术创新为核心，用心服务为宗旨，积极布局工业、智能家电、汽车电子、新能源等应用领域。在未来，复旦微MCU团队将持续推出具备行业前瞻性应用的产品，以专业的客户服务，创新的技术来助力行业领域发展。

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。

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。

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。