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航芯技术分享 | BMS专题之BMS基础功能模块概述   BMS（电池管理系统）的功能模块由微控制器（MCU）的控制模块和模拟前端（AFE）的传感模块组成。 微控制器单元（MCU） 在BMS中，MCU相当于大脑。MCU通过其外围设备从传感器捕获所有数据，并根据电池组的配置文件处理数据以做出适当的决策。 上海航芯通用MCU ACM32F0系列以其低功耗+1路CAN+10万次擦写128K 片上Flash+125度高温支持；ACM32F4系列以其180MHz STAR-MC1(M33)内核+Flash加速+10万次擦写512K片上Flash+2路CAN+125度高温支持被广泛应用在BMS场景中。 MCU具有以下功能： • 监控电池 • 保护电池 • 评估电池状态 • 优化电池性能 • 数据记录 • 通过通信渠道向用户或外部设备报告 为了电池安全，MCU具有以下功能： • 通过停止充电的方式，防止电池组内的电池单元进入过压状态（向接触器发出关闭信号）。 • 通过减少/停止电流或激活电池组中的冷却系统来防止电池组内的电池单元温度超过阈值上限。这可以保护电池，以免受热失控而造成安全问题。 • 通过限制/停止放电电流来防止组内电池单元进入欠压状态。 • 通过打开接触器来保护电池组免受短路和过载的影响。 与MCU连接的BMS基础功能模块 MCU会与多个功能块连接，例如： 霍尔效应电流传感器（Current Measurement） 电源（Power Supply Unit: PSU） 接触器（Contact Drive） SD卡（Data Storage） 实时时钟和日历（RTCC） GPIO 连接器 CAN 连接器 蓝牙（BLE） 高压 联锁 回路（HV Interlock Loop） 绝缘监测装置（Insulation Monitoring Device : IMD） 电压测量端口（Voltage Measurement） ISO-SPI 通道 1. 霍尔效应电流传感器（Current Measurement） 霍尔效应传感器放置在由承载电池组电流的电缆产生的磁场内。它产生与该电流成正比的电压，该电压可以直接测量，如下图所示。 霍尔效应传感器具有以下特点： • 霍尔效应传感器报告的电流随时间和温度保持准确。 • 霍尔效应传感器与电池组电流隔离，因此不需要隔离。 • 霍尔效应传感器在电流为 0 时存在一个随温度变化的偏移量。所以，即使它们在室温下归零，当它们变热或变冷时，仍可能在没有电流时报告一个小电流。因此，在具有 0 电流周期的应用中需要频繁校准，例如HEV。 霍尔效应电流传感器是包含自身放大器的模块，因此，与断流信号不同，其输出值处于一个较高的水平。它们可以由 5V 双向电源供电（可以看到充电和放电电流）。 基于此，双向传感器会有一个双极的输出，在其输出为2.5V时可认为电流为0A，实际输出值将在2.5V上下摆动。电流传感器产生的电压输出将其发送回 BMS，BMS将根据电流传感器的灵敏度估算实际电流。 2. 电源（Power Supply Unit: PSU） MCU的工作需要有电源输入，可由辅助电源或电池组本身通过 DC-DC 转换器提供。 3. 接触器（Contact Drive） 接触器是一个功能块，用于电池组和负载或充电电路的连接或隔离。通常，一个电池组系统有 3 种不同的接触器： • 充电 • 放电 • 预充电 在类似储能系统的部分应用中，将只有一个接触器用于充电和放电。接触器的切换由 BMS 通过驱动电路控制。BMS将向驱动电路发出通电信号，从而使接触器通电以进行操作。接触器的选择需根据充电/放电电流。对于低电流和低电压应用，我们可以选择基于 MOSFET 的解决方案，而不是接触器。 4. SD卡 (Data Storage) 它可以存储BMS的配置文件和电池产生的数据。BMS可以存储长达 15 年的电池数据。这使用户可以了解电池组的行为并保护电池免受潜在损坏。 电池分析云平台“Edison”可以利用这些数据得到以下功能： • 通过仪表板让您对电池运行状态进行分析和洞察 • 对任何电池的异常运行进行报警并及时采取措施 • 使用机器学习算法提出纠正措施，以防止电池退化并将电池寿命提高40%。 • 通过云平台向 BMS 推出OTA更新和功能添加 5. 实时时钟和日历 (RTCC) RTCC 用于为存储在 SD 卡中的数据提供时间戳。这有助于用户对电池组在任何时间点发生任何潜在损坏时进行根本原因分析。 6. GPIO 连接器 GPIO 连接器提用于额外功能连接到 BMS，如冷却系统、加热系统、点火、传感器等。通过更改配置文件来启用此功能。 7. CAN 连接器 CAN 连接器接到 MCU，用于内部和外部通信。如果系统中连接了多个 BMS，则需要内部 CAN 通信。外部 CAN 通信通常用于交换电压、电流、错误等信息。外部 CAN 通信通常用于 CAN 充电器、CAN 显示器、CAN 数据记录器等。 8.蓝牙（BLE） 它是一种与 BMS 通信的无线模式。用户可以通过蓝牙连接电池组，从而可以可视化所有重要的电池信息，如电压、电流、温度、SOC、SOH、错误等。 9. 高压联锁回路（High Voltage Interlock Loop） 互锁PWM回路机制用于检测高压设备的篡改或打开以及服务连接断开。高压联锁回路 (HVIL) 用于确定高压系统，例如电源（比如车辆电池）、负载（比如车辆电机）以及它们之间的导体是否已正确连接。如果没有，电池接触器不允许闭合，或者如果已经闭合，则发出断开指令。 10. 绝缘监测装置（IMD） IMD 通常用于 EVs 和 ESS 应用，它将确保配备高压电池组的电动汽车的电气安全性和可靠性。IMD 在充电或行驶过程中持续监测系统中相导体和大地之间的绝缘电阻。 11. 电压测量端口（Voltage Measurement Port） 终端通过接触器连接，主要用于焊接检查、电池总电压测量和基于电压的预充电。对于高电压和高电流应用，接触器有可能被焊接。 在这种情况下，即使 BMS 发出断开信号，也不允许接触器断开。因此，BMS 识别出接触器中发生了焊接，会通过 CAN 向外部设备发送警报/错误消息以采取紧急措施。 12. ISO-SPI 通道 ISO-SPI 通道用于主机（控制电路）和从机（传感器电路）之间的内部通信。 模拟前端 (AFE) AFE 是 BMS 中的集成电路 (IC)，旨在将 BMS 系统设计和操作所需的所有模拟电路封装到一个小型封装中。它包含用于测量电池堆中每个电池单元的电压值。AFE 可以在 0-5V 范围内测量电池组中的 3 到 15 个串联电池。 AFE 在触发平衡电路方面也起着重要作用。AFE IC 包含一个内置温度传感器，用于测量 BMS 板温度。AFE 有一个小型的内部数字状态机，用于管理IC输入端的电压顺序测量，并提供 I2C 接口。 AFE 的功能包括： • 测量每个电池单元的电压并将其设置到 MCU • 测量温度（通常通过 NTC 热敏电阻） • 每个单元的平衡电路 连接到 AFE 的 BMS 的基本功能块，AFE 连接到多个功能块，例如： 电压检测通道 温度传感器 GPIO 连接器 平衡器 ISO-SPI 通道 模拟滤波器 AFE电源 1. 电压检测通道 电压感应通道从电池组中的单个电池获取读数并将其发送到AFE，它还充当平衡电池的通道。 2. 温度传感器 NTC热敏电阻温度传感器是锂离子电池安全的关键组件。它们提供了在充电/放电循环期间保持锂离子电池处于最佳状态所需的临界温度数据。温度传感器将放置在电池组的热点中，以电压的形式测量温度并将数据发送到 AFE。 3. 平衡器 当电池组中的电池之间出现超过限定的不平衡值时，AFE将向 BMS 中的平衡电路发出由 MCU 控制的触发信号。 4. GPIO 连接器 GPIO 连接器用于额外功能与BMS的连接，如冷却系统、接触器控制、加热系统、点火、传感器等。可以通过更改固件来启动相关功能。 5. ISO-SPI 通道 ISO-SPI 通道用于从设备（传感器电路）和主设备（控制电路）之间的内部通信。　 6. 模拟滤波器 它过滤电压和温度测量中的电噪声。 7. 电源 AFE 它代表 AFE 运行所需的电源单元。通常，该电源单元是从电池堆中取出的。

发布时间: 2022-10-21 17:43:19

航芯&博联科技，一站式BMS方案 查看详情 >>

航芯&博联科技 | 一站式BMS方案（完整硬件+软件算法）免费评估申请！   上海航芯携手博联科技，全新打造一站式BMS方案，这是一款高性能的开发平台，集成了博联自研的基于锂离子电池管理系统BMS算法库以及上海航芯MCU ACM32F403，出色的性能及高可靠性使该产品可广泛适用于BMS应用中。   接下来，我们一起深度了解一下这套炙手可热的BMS方案吧！   BMS概述及应用   BMS概述   电池管理系统（BMS）是专门针对电动汽车锂电池的管理系统。新能源汽车与中国传统燃油汽车的关键差别在于是以动力电池作为关键动力驱动主要来源。但是锂电池大批量生产制造时产品质量很不容易掌控，电池芯出厂时电量普遍存在细微差别，且伴随实际操作区域环境、老旧化、过度充电、过放等因素，电池间不一致性愈趋明显，电池效率、寿命变差，情况严重时很有可能造成发生爆炸等安全隐患。   电池、电机、电控技术是电瓶车最主导的技术，其中电控最主导的功能便是电池管理系统。   BMS的应用领域 BMS的应用领域可以分成汽车、工业、消费三个方面。   汽车领域包括乘用车、公交车、还有特种车辆，通常串联48-96串，电压在200V-500V。   工业领域包括储能、工业搬运机器人、自动叉车、巡逻车，通常串联16-48串，电压在200V以内。   消费领域主要是电动自行车，电动三轮车，电动工具，通常串联16串以下，电压在60V以内。   BMS主要任务   • 电池状态监测   • 电池状态分析 • 电池安全保护  • 能量控制管理 • 电池信息管理   BMS方案核心技术介绍   BMSSOXLib算法库   BMSSOXLib算法库是博联经过多年努力研发的一个电池管理系统BMS的算法库，主要用来解决BMS系统中SOC、SOE、SOP、SOH等众多参数计算复杂的问题。该库是针对Arm Cortex M4F、Arm Cortex M33等内核微控制器开发板优化过的电池管理系统（BMS）相关算法解决方案。   BMSSOXLib算法库应用   BMSSOXLib算法库应用领域可以分成汽车、工业、消费三个方面。   汽车领域包括乘用车、公交车、特种车辆；工业领域包括储能、工业搬运机器人、自动叉车、巡逻车；消费领域主要是电动自行车，老年代步车等。   上海航芯 MCU ACM32F403   在BMS中，MCU相当于大脑。MCU通过其外围设备从传感器捕获所有数据，并根据电池组的配置文件处理数据以做出适当的决策。   为了解决进口芯片产能不足的境况，在该款开发板中，选用了国产芯片上海航芯 MCU ACM32F403，并且BMSSOXLib算法库对于上海航芯的ACM32F403系列微控制器进行了专门的优化，以满足产品在工业、民用领域的应用。   ACM32F4系列是一款高可靠性、高性价比的通用MCU芯片，以其180MHz M33内核+Flash加速+10万次擦写512K片上Flash+2路CAN+125度高温支持等特点，是BMS应用中极具性价比优势的MCU芯片。   BMS方案产品规格     产品原理框图   BMS方案及算法库优点   缩短开发及测试时间 借助灵活的软件配置和模块化方法，轻松修改和升级系统。充分利用标准化的充放电测试系统、暗室及其他具有硬件抽象层接口，快速切换输出设备。   提高灵活性   快速响应瞬息万变的测试需求，与行业和技术进步保持同步。   优化效率   通过集成的企业级系统和数据管理选项，增强设备配置、测试监测、数据收集和结果报告。   降低风险   使用无缝集成的第三方模型对昂贵设备进行模拟测试，降低昂贵设备使现实设备损坏的风险，同时提高安全性。   方案完整资料下载：https://pan.baidu.com/s/1lZ96ub0PDI-94-EUG8GykQ?pwd=tcdj

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航芯方案分享 | 智能网联汽车终端T-BOX应用方案   随着5G时代的到来，汽车智能化、网联化程度的不断提高，车载终端T-BOX作为车辆与云端的信息交互点，扮演着重要的角色。T-BOX的升级换代也为人们的出行实现了很多便利，同时也带来了极大的信息安全挑战，必须严格保证其数据传输的安全性、加密性、准确性，才能促进车载终端的进一步发展。 本文将介绍T-BOX的主要功能，以及基于上海航芯主控芯片ACM32F403、安全芯片S6A/S6B的T-BOX应用方案。 什么是T-BOX 车载T-Box英文全称为Telematics-Box，是车载联网通讯终端，通过3G/4G/5G远程连接TSP(Telematics Service Provider，内容服务提供者)平台实现车辆远程通讯及远程服务，如下图所示（图片来源见水印）： T-BOX的主要功能如下： 1. 数据采集和存储： T-BOX通过CAN接口接入DCAN总线，通过CAN网络进行数据采集。主要对整车信息、驱动电机信息、燃料电池信息、发动机数据、车辆位置信息等数据进行采集并解析。采集信息后，T-BOX按照最大不超过30s时间间隔，将采集到的实时数据保存在内部存储介质中，若出现3级报警时，会按照最大不超过1s时间间隔保存。某些采集的信息经过处理会集中显示在车载终端的显示屏上，提升用户体验。 2. 远程查询和控制： 用户可以通过手机APP可以实现远程查询车辆状态，比如车辆燃油比例，车窗车门关闭状态，行驶里程等；还可以控制车门开关、鸣笛闪灯、开启空调、启动发动机、车辆定位等。其运行流程是，首先用户通过APP发送命令给TSP后台，TSP后台发出监控请求指令到车载T-BOX，车辆获取控制命令后，通过CAN总线发送控制报文并实现对车辆的控制，最后反馈操作结果到用户的手机APP上。 3. 近程控制： 近程控制主要是服务于蓝牙钥匙的操作，主要包含蓝牙近程寻车、蓝牙车门开启/关闭、蓝牙后备箱解锁、蓝牙迎宾等。 4. 道路救援： 这一项主要是针对行车安全而设计的，包含了路边救援协助、紧急救援求助、车辆异动自动报警、车辆异常信息远程自动上传等服务。这些功能可以保障车主的生命安全，如碰撞自动求救功能，车辆碰撞触发安全气囊后，T-BOX会自动触发乘用车客户救援热线号码，自动上传车辆位置信息至后台，同时后台将发信息给所有紧急联系人，短信中包含事故位置信息，以及事件信息，让事故车辆和人员得到及时的救援。 5. 远程诊断： 汽车在启动时，获知汽车的故障信息，并把故障码上传至数据处理中心。系统在不打扰车主的情况下复检故障信息。在确定故障后，并实施远程自动消除故障，无法消除的故障以短信方式发送给车主，使车主提前获知车辆存在的故障信息，防范于未然。主要包含胎压检测系统、发动机管理系统、变速箱控制系统、辅助保护系统等自助诊断服务，及时反馈车辆状态报告（四门开关状态，后备箱开关状态，四门玻璃状态、发动机机舱盖状态、驻车标志等）以及远程仪表台（燃油剩余量、剩余电量、可续航里程、总里程、百公里油耗、车辆停放位置、机油油量报警）。 6. 异常提醒： 车辆异常报警、车被拖走报警、防盗报警、被盗车辆跟踪、安全证书校验等。 安全芯片在T-BOX中的应用 随着车联网概念的不断深化和应用场景的不断增加，T-BOX的角色也变得尤为特殊，不仅作为通讯终端要负责对外通讯，同时备份了一些重要的车辆数据和用户身份信息，其安全性越发的重要，如果其遭受网络安全威胁，不管是对公司，还是对用户的损失影响都将是巨大的。 根据EVITA(E-safety vehicle intrusion protected applications，一个由欧洲汽车相关企业联合组织的关于车辆安全的研究项目)发布的安全芯片部署最佳实践方案里，我们可以看出T-BOX在车辆信息安全中的重要程度；国六标准中针对远程排放管理车载终端的安全方面也提出了要求，即车载终端存储传输的数据应该是加密的，应采用非对称加密算法，可使用SM2算法或RSA算法，并且需要采用硬件方式对私钥进行严格保护。 下图是上海航芯的T-BOX应用方案框图： 模组负责应用层业务，也包括相关的文件系统、日志系统的管理；MCU负责与电源管理、网络管理等底层业务，中间通过SPI/ISO7816/UART等通讯方式进行数据交互，SE单元用于存储敏感数据并对传输的数据做加密处理。 上海航芯 ACM32F403 主控芯片 ACM32F403芯片采用高性能内核，支持Cortex-M33和Cortex-M4F指令集。芯片内核支持一整套DSP指令用于数字信号处理，支持单精度FPU处理浮点数据，同时还支持Memory ProtectionUnit（MPU）用于提升应用的安全性。 ACM32F403系列芯片最高工作频率可达180MHz，内嵌数学硬件加速，内置最大512KB的eFlash和最大192KB SRAM。芯片集成了一个12位多通道2Msps高精度ADC、一个12位2通道的DAC、多达3路运放、2路比较器，集成了1个高级定时器，6个通用16位定时器，1个通用32位定时器，2个基本16位定时器，1个系统看门狗，1个独立看门狗，一个低功耗的实时钟（RTC），内置多路UART、LPUART、SPI、I2C、I2S、CAN、全速USB等丰富的通讯外设，内建AES、CRC、TRNG等算法模块。 上海航芯 安全芯片 S6A/S6B S6A/S6B 车规级 ESAM 产品是上海航芯自主开发的安全模块， 它是一个具有操作系统(COS)的安全存取单元，将其嵌入专用通用设备中，完成数据的加密解密、双向身份认证、访问权限控制、通信线路保护、临时密钥导出、数据文件存储等多种功能。专门针对应用于汽车电子、车载智能终端、 汽车T-BOX通信、版权保护、收费系统等领域。 其主要特性如下所示： • 安全芯片采用 32 位 CPU 核 • 支持国密 SM2、SM3、SM4 算法 • 用户区数据存储容量 10Kbytes，10 万次擦写次数 • 支持 ISO/IEC 7816 T=0 通信协议 • ISO/IEC 7816 接口时钟不高于 7.5MHz，支持多种波特率（外部时钟频率3.57MHz 情况下，9.6kbps~111.6kbps） • 支持 SPI 从接口，SPI 接口 SCK 时钟不高于 16MHz，默认支持 Mode 1 模式（CPOL=0，CPHA=1） • 支持 8 字节唯一序列号 • 安全芯片达到国密二级认证级别 • 安全芯片达到 EAL5+ 认证级别 • 符合车规级 AEC-Q100 Grade 1 认证

发布时间: 2022-10-21 17:43:19

航芯方案分享 ，针对ETC系统的OBE-SAM模块设计方案 查看详情 >>

航芯方案分享 | 针对ETC系统的OBE-SAM模块设计方案   ETC（Electrical Toll Collection）不停车收费是目前世界上最先进的路桥收费方式。通过安装在车辆挡风玻璃上的车载单元与安装在收费站 ETC 车道上的路侧单元之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车就能缴纳路桥费的目的。   本文将着重介绍一下ETC系统中的车载单元OBU设备及OBU设备中记录车辆信息和用户信息的ESAM单元。   ETC系统组成及工作原理   ETC系统由前端系统和后台数据库系统组成，总体的架构如下图所示：     前端系统包含安装在汽车挡风玻璃上的车载单元（On Board Unit，简称OBU）、路侧单元（Roadside Unit，简称RSU）以及车道控制器组成，前端应用系统总体架构如下图所示：     以自动栏杆岛内布局模式这种形式的ETC车道为例，介绍一下车辆通行的原理，自动栏杆岛内布局模式如下图所示：     当车辆驶入到ETC天线通信区域时，地感线圈感知车辆到来或离开，并把信号传递给车道控制器，车道控制器控制RSU通过DSRC信号与车辆上的OBU建立通信链路，完成双向认证以及入口/出口信息写入，上传获取到的相关的信息如汽车ID号、车型、车牌号等信息到中心管理系统和数据库中的相应信息进行比较判断，根据不同情况来控制管理系统产生不同的动作，如计算机收费管理系统从该车的账户中扣除此次应交的过路费，或送出指令给其它辅助设施工作。其它辅助设施如：违章车辆摄像系统，自动控制栏杆或其它障碍，交通显示设备（红、黄、绿灯等设备）指示车辆行驶。   OBU系统组成   OBU按用户卡的类型来分类，可以分为双片式OBU和多逻辑通道OBU，双片式OBU的用户卡与ESAM是分开的，会有一张单独的用户卡插入到OBU设备中；多逻辑通道是采用多逻辑通道合成技术把用户卡和ESAM合成到了一个ESAM中。按安装的阶段来分，可以分为前装OBU与后装OBU，前装OBU即在汽车出厂前OBU已经安装好，OBU整机需要通过车规级的认证；后装OBU则是汽车出厂后安装的，没有车规级认证的限制。虽然OBU分类看起来很复杂，但是总体的架构并没有太大的差别，OBU的架构大致如下图（以多逻辑通道OBU为例）所示：     OBU包含主控MCU、ESAM/ICC，RF、蓝牙、电源及一些外围的器件组成。主控MCU实现了OBU的整体逻辑、提供ESAM至RSU信息转发功能。   ESAM逻辑单元，本质是一个安全单元，存储了车辆信息、发行信息等数据，这些数据在满足安全条件下可读可写。   ICC逻辑单元，本质是一个电子钱包卡，分为记账卡和储值卡，记账卡中记有用户ID等基本信息，用户可用此卡在收费车道先行记账，其消费金额将从用户预付的账户中扣除（预付方式），或在之后一并结算（后付方式）；储值卡中有用户在账户中预存的一定金额，卡中记有用户ID和储值信息，用户可用此卡在收费车道直接付款，其消费金额将从卡中扣除，同时从用户预存的账户中扣除。 对于双片式OBU而言， ESAM逻辑单元和ICC逻辑单元是两个单独的器件。而对于多逻辑通道OBU而言，ESAM逻辑单元和ICC逻辑单元采用了多逻辑通道合成技术合成到了多逻辑通道ESAM一个器件中。   上海航芯，多逻辑通道ESAM   上海航芯针对ETC系统，研发了两款多逻辑通道OBE-SAM产品，型号分别是ACL16-S8A和ACL16-S8B，ACL16-S8A是前装产品，而ACL16-S8B是后装产品。产品的主要特性如下：   • 安全芯片采用32位CPU核 • 支持SM4算法、TDES算法 • 用户区数据存储容量32Kbytes，50万次擦写次数 • 支持ISO/IEC 7816 T=0通信协议 • ISO/IEC 7816接口时钟不高于15MHz，支持多种波特率（外部时钟频率3.57MHz情况下，9.6kbps~223.2kbps） • 支持多种文件类型，包括二进制文件、定长记录文件、变长记录文件、循环文件 • 支持多种安全访问方式和权限管理 • 产品符合《收费公路联网电子不停车收费技术要求》 • 产品符合《ESAM模块安全评估测试》 • 产品符合《联网电子收费多逻辑通道OBE-SAM模块物理特性测试》 • 安全芯片达到国密二级认证级别 • 安全芯片达到EAL5+认证级别 • 符合车规级AEC-Q100Grade1测试认证(仅ACL16-S8A)

发布时间: 2022-10-21 17:43:19

航芯方案分享，V2X安全认证方案 查看详情 >>

航芯方案分享 | V2X安全认证方案   车联网是汽车未来发展的重要趋势，C-V2X也已成为世界主流的车联网技术，可提升车辆整体的智能驾驶水平，为用户提供安全、舒适、智能、高效的驾驶感受，同时提高交通运行效率，提升社会交通服务的智能化水平。   上海航芯也积极投入到C-V2X产业中，重磅推出基于ACX200T的V2X解决方案，可助力汽车领域客户，加快车联网产品的研发进度。   什么是V2X   V2X(Vehicle to Everything)即车连万物，是指车与外界通讯，即车联网，包括车与车、车与路侧设备、车与云端后台、车与人(智能终端)的通讯等。车联网是汽车、通信、交通等多个行业相融合的新产业，是新的经济增长点。   C-V2X(Cellular-V2X，蜂窝车联网)是基于3G/4G/5G等蜂窝网络通信技术演进形成的车用无线通信技术，包含两种通信接口，一种是车、路侧设备和人(智能终端)之间的短距离直接通信接口(PC5接口)；另一种是车与基站之间的通信接口(Uu接口)，可以实现车云端后台等长距离的通信。由IMT-2020（5G）推进组C-V2X工作组、中国智能网联汽车产业创新联盟、中国汽车工程学会等共同举办的四跨(跨芯片模组、跨终端、跨整车、跨安全平台)、新四跨活动，自2018年开始，每年举办一次，已连续办了四次，参与企业上百家，覆盖汽车、通信、交通、地图和定位、信息安全、密码等多领域，共同搭建技术平台，促进了车联网规模化商用部署。   航芯V2X解决方案   上海航芯作为安全芯片服务商，积极投入到C-V2X产业中，研发出针对车联网应用的高速签名验签安全芯片ACX200T，并对《基于LTE的车联网无线通信技术》的各项标准进行研究，如“安全证书管理系统技术要求”、“应用层及应用数据交互标准”、“直连通信系统路侧单元技术要求”等，推出基于ACX200T的航芯V2X解决方案。   该方案采用NXP i.MX6Q作为AP，航芯ACX200T通过USB(仅量产版支持)/SPI连接到AP，搭载V2X通讯模组、4G模组、7寸电容触摸显示屏等，整个方案硬件框图如图1所示。   图1. 航芯V2X方案硬件框图 该方案的规格为：   • NXP i.MX6Q 4核 Cortex-A9 1.2G主频，1G DDR3内存，4G eMMC，Linux 4.9.88 • 7寸电容触摸显示屏 • 1路以太网和4G通讯、1个TF卡槽 • 两路CAN • 航芯ACX200T • 支持宸芯CX7101模块/芯讯通SIM8100模块等V2X模块 • V2X PC5直连通信 • GNSS时钟同步 • 采用5V直流输入   该方案的软件架构如图2所示：   图2. 航芯V2X方案软件架构图   整个方案具有如下特色：   • 航芯ACX200T加密库提供国密SM2、SM3、SM4安全算法和国际ECDSA、SHA256、AES等安全算法   • 内核态：SM2签名10000次/秒、验签6000次/秒；ECDSA签名10000次/秒、验签5000次/秒   SPI-X1接口实测：SM2签名4100次/秒、验签3200次/秒；ECDSA签名4100次/秒、验签2900次/秒   • 航芯ACX200T密钥管理库提供密钥管理接口，采用安全芯片硬件安全存储   • 提供C-V2X安全证书管理协议栈库，满足《基于LTE的车联网无线通信技术 安全证书管理系统技术要求》规范要求   • 提供C-V2X消息层的协议栈库，满足《合作式智能运输系统 车用通信系统应用层及应用数据交互标准》（TCSAE 53-2017）规范要求   • 中国信通院C-V2X协议一致性测试接口，满足信通院一致性测试要求   • 支持V2X证书离线灌装，GBA在线证书申请 客户即插即用   针对客户已有AP平台的情况，上海航芯提供ACX200T应用方案，只需在硬件上将ACX200T芯片的SPI和GPIO连接AP的SPI和GPIO接口，软件上直接调用上海航芯提供的动态库libse.so或libacx200t.so接口，从而实现客户对ACX200T芯片的即插即用。整个ACX200T应用框图如图3所示。   图3. ACX200T应用框图   该应用方案的特色为：   • 客户直接调用so里的API接口，即插即用 • ACX200T支持两路SPI同时接到AP，可以做到签名验签的并行处理 • 针对客户除V2X的高速签名验签外的低速安全算法接口，可以额外再提供一路UART来处理 AP端的Demo源码见Gitee链接：   Qt Demo链接：  https://gitee.com/acm32-mcu/acx200t_demo/tree/main/acx200t-qt-demo   AP端Demo链接： https://gitee.com/acm32-mcu/acx200t_demo/tree/main/acx200t_v2x_demo https://gitee.com/acm32-mcu/acx200t_demo/tree/main/acx200t_se_demo   结语   上海航芯作为IMT-2020（5G）推进组C-V2X工作组成员，积极参与到V2X相关标准的制定和讨论中，同时也了解最新的行业规范要求。此次上海航芯推出的V2X解决方案和ACX200T应用方案满足车联网的行业应用需求，将加快客户的车联网产品研发进度，助力客户产品提早上市。

发布时间: 2022-10-21 17:43:19

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航芯方案分享 | 嵌入式指纹方案   随着智能设备的持续发展，指纹识别技术成为了现在智能终端市场和移动支付市场中占有率最高的生物识别技术。凭借高识别率、短耗时等优势，被广泛地运用在智能门锁、智能手机、智能家居等设备上。   上海航芯在2015年进入指纹识别应用领域，自研高性能指纹安全算法芯片并迅速占领了指纹模组市场，公司乘势推出锁控二合一芯片（主控+TouchKey）及三合一芯片（主控+指纹算法+语音）。公司的单芯片指纹挂锁/内门锁方案、单芯片指纹加密U盘方案已经非常成熟，客户可直接生产。   本文将为大家全面地介绍上海航芯指纹芯片及解决方案。   指纹芯片系列   1、ACM32FP0 二合一（主控+TK）锁控芯片 产品概述   ACM32FP0 低功耗门锁主控芯片，片上集成了16路TouchKey，PWM语音播放，广泛应用于指纹门锁、指纹保险箱、智能家居等领域。   主要资源     2、ACM32FP4三合一(主控+算法+语音)锁控芯片、指纹算法芯片    产品概述   ACM32FP4 高集成度门锁主控芯片，高性能内核非常适合小点阵指纹算法，大容量FLASH可存储播放语音，广泛应用于指纹门锁、保险箱、挂锁、指纹模组等领域。   主要资源     3、ACH512 指纹算法芯片   产品概述   ACH512 指纹算法芯片，内置国密安全算法，采用高性能内核，广泛应用于指纹模组、指纹挂锁、指纹U盘等领域。   主要资源     4、ACTK14A 门锁专用电容触摸按键芯片   产品概述   ACTK14A芯片是上海航芯专为智能门锁打造的14路电容触摸按键芯片，接口简单，性能稳定。   主要资源     5、A32NQ32C3 非接触读卡芯片   产品概述   A32NQ32C3是一款广泛应用的非接触读卡芯片，集成了13.56MMz下的多种非接触通信方式和协议。   主要资源     6、ACL16 物联网加密/配件认证/防抄板芯片   产品概述   ACL16是上海航芯针对物联网认证、SAM、防抄板和设备认证需求推出的高安全芯片。可广泛用于智能门锁、智能家居、物联网加密、设备配件认证、防抄板领域。   主要资源     指纹解决方案   智能门锁解决方案（一）主控集成TK，外接指纹模组     方案特点   • 主控：采用集成TK的芯片ACM32FP0 • 算法：采用金融级安全芯片ACH512，或高性能算法芯片ACM32FP4 • 非接：采用A32NQ32C3读卡芯片 • 支持指纹、按键、钥匙、非接、蓝牙等多种开锁方式 • 指纹、密码安全存储、敏感信息不外泄 • 提供整套门锁方案，支持二次开发     系统框图   ACM32FP0(主控+TK)+ACH512(算法)+A32NQ32C3(非接)   智能门锁解决方案（二）主控集成指纹算法和语音     方案特点   • 主控+算法：采用高性能指纹专用芯片ACM32FP4 • 按键：采用ACTK14A电容触摸芯片 • 非接：采用A32NQ32C3读卡芯片 • 支持指纹、按键、钥匙、非接、蓝牙等多种开锁方式 • 提供整套门锁方案，支持二次开发     系统框图   ACM32FP4(主控+算法+语音)+ACTK14A(按键)+A32NQ32C3(非接)   指纹算法/模组方案    方案特点   • 采用金融级安全芯片ACH512的指纹模组，指纹和密码安全存储，云端数据安全传输 • 采用高性能指纹专用安全MCU芯片ACM32FP4，支持小点阵图像算法处理 • 支持88*112、96*96、160*160、192*192等像素传感器 • 已适配传感器厂家：FPC、比亚迪、贝特莱、芯启航、集创、迈瑞微等     系统框图     指纹挂锁方案   方案概述   指纹挂锁方案采用ACH512或ACM32FP4指纹芯片和88*112传感器，指纹识别速度快，BOM成本低，非常适合挂锁、内门锁、箱包锁、箱柜锁等场景。   方案特点   • 主控+算法单芯片：ACH512或ACM32FP4 • 传感器分辨率：88*112点阵（推荐） • 指纹识别速度：平均0.8秒 • 指纹库大小：30枚指纹 • 待机电流（手指检测）：10uA • 工作电流（指纹采集）：50mA • 完整成熟方案，客户可直接生产，不用做任何开发   系统框图     指纹加密U盘/指纹KEY方案   方案概述   指纹加密U盘解决方案可实现指纹算法处理、数据安全加密、数据高速存取（EMMC/TF卡/NandFlash），可有效保护用户数据安全。   方案特点   • 采用金融级安全芯片 ACH512 • 存储介质：EMMC、TF卡、NandFlash • 支持全系列国密、国际算法 • 通过国密、国测、银检中心等权威安全机构检测 • 传感器分辨率：88*112点阵（推荐） • 指纹识别速度：平均0.8秒 • 指纹库大小：30枚指纹 • 高集成度、低成本 • 完整成熟方案，客户可直接生产，不用做任何开发     系统框图  

发布时间: 2022-10-21 17:43:19

航芯方案分享，热敏打印机方案 查看详情 >>

航芯方案分享 | 热敏打印机方案   随着电子信息化、自动化程度提高，条码识别技术的发展，热敏打印机的应用范围也在不断扩大，已从传统的办公和家庭传真文档，快速向商业零售、工业制造业、交通运输业、物流、金融、彩票、医疗、教育等新兴专业应用领域拓展。   本文将为大家介绍基于上海航芯ACM32F403的热敏打印机设计方案。   打印原理   热敏打印机的原理是，在介质基底上(通常是纸)覆上一层热敏材料，将热敏材料加热一段时间后变成深色(一般是黑色，也有蓝色)。这种化学反应是在一定的温度下进行的。高温会加速这种化学反应。当温度低于60℃时，热敏材料需要经过相当长，甚至长达几年的时间才能变成深色；而当温度为200℃时，这种反应会在几微秒内完成。   热敏打印机有选择地在热敏纸的确定位置上加热，由此就产生了相应的图形。加热是由与热敏材料相接触的打印头上的一个小电子加热器提供的。加热器排成方点或条的形式由打印机进行逻辑控制，当被驱动时，就在热敏纸上产生一个与加热元素相应的图形。控制加热元素的同一逻辑电路，同时也控制着进纸，因而能在整个标签或纸张上印出图形。   图1. 热敏打印机的原理   使用芯片   本文描述的热敏打印机方案，是基于上海航芯ACM32F403系列的MCU进行设计。   ACM32F403芯片采用高性能内核，支持Cortex-M33和Cortex-M4F指令集。芯片内核支持一整套DSP指令用于数字信号处理，支持单精度FPU处理浮点数据，同时还支持Memory Protection Unit（MPU）用于提升应用的安全性。   ACM32F403系列芯片最高工作频率可达180MHz，内嵌数学硬件加速，内置最大512KB的eFlash和最大192KB SRAM。芯片集成了一个12位多通道2M sps高精度ADC、一个12位2通道的DAC、多达3路运放、2路比较器，集成了1个高级定时器，6个通用16位定时器，1个通用32位定时器，2个基本16位定时器，1个系统看门狗，1个独立看门狗，一个低功耗的实时钟（RTC），内置多路UART、LPUART、SPI、I2C、I2S、CAN、全速USB等丰富的通讯外设，内建AES、CRC、TRNG等算法模块。   方案特点 ㆍ支持蓝牙、USB、UART等多种通讯接口的打印方式 ㆍ支持无任务时自动进入断电模式，续航时间更长 ㆍ支持打印高温、缺纸和低电量报警 ㆍSPI FLASH存放字库，支持在线更新字库，可调整字体、大小、粗细等 ㆍ支持MCU和BLE芯片固件在线升级   设计方案   图2. 基于ACM32F403热敏打印机设计方案框图 功能介绍   1.1多接口打印流程   本方案可以通过UART、USB和蓝牙接口接收数据，并通过ACM32F403芯片的Timer，GPIO，ADC、SPI等模块进行热敏打印机头的打印工作。   具体流程如下：   1）通过UART、USB和蓝牙接口接收数据，数据需要通过GBK码的方式发送，并存储到芯片内部；   2）将每个字的GBK码，通过SPI接口查询到SPI FLASH上字库中对应的数据，并传输到打印buffer中；   3）芯片通过Timer来控制步进电机运行的速度和打印机头加热的时间，通过GPIO来控制加热使能和控制步进电机的前进和后退，ADC来检测打印机温度，最终完成打印工作。 图3. 多接口打印流程 1.2 字库更新流程   本方案内部firmware实现了一个UART接收数据，SPI下载数据的系统，采用类似7816 T=1的数据格式进行传输，将字库的BIN文件下载到SPI FLASH中，以实现字库的下载和更新。因为片外SPI FLASH大小的原因，默认只支持24*24大小的字体打印，如果更换字体，需要重新下载字库文件。 图4. 字库下载流程 本方案支持字库的更新，可以调节打印字体的字体、大小，粗细等参数。字库更新后需要修改firmware代码，以实现不同字体的打印。 图5. 字体设置参数   1.3 字库调用流程   本方案中的SPI FLASH中能存放字体大小为16*16或24*24的字库，并且有完整的配套firmware代码。   具体字库调用流程如下：   1）从UART、USB或BLE接口接收需要打印文字的GBK码； 2）根据GBK码计算出该文字在字库中的内码； 3）通过SPI接口读取字库中内码的数据，数据长度根据字体大小来定； 4）将读出的数据传输到打印机头，完成打印。 图6. 字库调用流程   1.4 数据打印流程   图7. 数据打印软件流程 图8. 打印机芯和步进电机原理图   数据打印流程：   1）打印机开机流程； 2）将打印数据通过SPI接口传输到打印机缓存； 3）判断是否是第一行，如果是打开电机Timer，并前进一步； 4）判断是否是最后一行或者是否缺纸，如果是进入打印机关机流程； 5）开始加热，打开加热Timer，并等待加热完成； 6）循环2）~5），直到打印完毕。   打印机开机流程：   1）将打印机DST（选通脉冲）信号设为低电平； 2）将打印机LATCH（数据锁存）信号设为高电平； 3）打开热敏头逻辑电源； 4）打开热敏头加热电源；   打印机关机流程：   1）停止加热Timer； 2）关闭热敏头加热电源； 3）将打印机DST（选通脉冲）信号设为低电平； 4）将打印机LATCH（数据锁存）信号设为高电平； 5）关闭热敏头逻辑电源。   1.5 电源控制系统介绍   图9. 电源控制系统介绍   1）供电：系统采用单节锂电池4.2V或者USB 5V供电；   2）异常：当MCU内部程序跑飞/死机时，首先可以按下SW1复位MCU，再不行可以按住正常开/关机键，再插入USB线使MCU复位；   3）开机：系统未通电时，按住开/关机键，此时MCU上电，MCU开始从eFlash启动，初始化成功后将POWER_ON/OFF信号置高，双色灯中的绿灯点亮(InitPass_常亮、内部锂电池充电满_常亮)，若初始化失败或检测到异常/错误(比如电池电量低，外设初始化失败、通信不正常等)，将双色灯中的红灯点亮(Err1_常亮、Err2_1s闪、Err3_快闪)；   4）关机：系统通电时，按住开/关机键，Power_Check引脚会检测到一个下降沿，并且接着会有持续的低电平，松开按键后，再将电源控制信号拉低；   5）正常关机的顺序是：先灭灯，然后断电机驱动电源和外设电源，再断MCU电源； 6）PB1为开/关机按键与系统唤醒键，SW1为系统唤醒按键与复位键，通常情况，用户按一下是要唤醒系统，长按是正常开关机；   7）没有打印任务时，需要关闭电机电源和外设电源，来节省锂电池电量；所以系统经过定时进入待机前，MCU关闭电机驱动电源/外设电源后，进入待机。   资源分享   Gitee资源： https://gitee.com/acm32-mcu/thermal_printer   ACM32F303对比STM32F103差异说明： https://aijishu.com/a/1060000000295866   STM32F103标准外设库SPL移植说明(ACM32F403)： https://aijishu.com/a/1060000000306636   航芯MCU软件HAL库使用说明及STM32 API差异说明： https://aijishu.com/a/1060000000296281  

发布时间: 2022-10-21 17:43:19

航芯技术分享 ，ACM32 MCU安全特性概述 查看详情 >>

航芯技术分享 | ACM32 MCU安全特性概述   随着物联网的发展，智能化产品的不断涌现，信息安全问题也日渐受到关注。因此，通用安全MCU产品也应运而生，能够更好地帮助客户在其产品设计中加强安全性，助力IoT的应用创新。   本文将详细介绍上海航芯ACM32 MCU的安全特性。   安全启动与安全更新   上海航芯MCU提供安全启动与安全更新参考实现，具体可见对应的软件包。安全启动与安全更新利用芯片的硬件安全特性来保证启动代码和更新固件不被篡改，启动入口唯一。   存储保护   存储保护主要就是保护存储区的代码和数据不被篡改以及非法获取，主要需要抵抗三个方面的攻击，软件攻击、非侵入式攻击和侵入式攻击。   • 软件攻击主要包括通过调试端口访问数据，软件漏洞和缓冲区溢出等； • 非侵入攻击主要包括通过故障注入导致程序和数据出错，以及旁路攻击获取敏感信息； • 侵入式攻击主要是通过开盖或者直接通过测试仪器来探测内部信号；   针对这些攻击，芯片主要从五个方面进行应对，包括存储区域访问控制、存储地址加扰、数据加密和完整性校验以及环境检测。   其中存储区域访问控制包括读保护(RDP)，写保护(WRP)，专有代码读保护(PCROP)，存储区域权限控制以及安全存储区。   具体配置可见《ACM32-在线编程器》：http://www.aisinochip.com/index.php/product/detail/id/44.html   • 读取保护(RDP)是全局Flash读保护，可保护嵌入式固件代码，避免复制、逆向工程、使用调试工具读出或其他方式的入侵攻击。该保护功能在用户下载Flash代码后，由用户在下载固件时自行设置。     eflash启动：勾选表示从eflash启动，未选表示从Boot模式；   SWD使能：勾选表示使能SWD功能，未选表示禁止SWD功能；   读保护配置锁定：勾选后，将锁定“eflash启动”和“SWD使能”的设置，生效后不可再更改；反之未选则不会锁定。 勾选或取消选择所要配置的项目，点击“配置”进行操作，操作完成，将在“发送显示区”显示操作结果，复位或重新上电生效。   注：此配置可能会影响SWD或者BOOT功能，请谨慎操作。   • 写保护(WRP)用于保护指定区域Flash数据，避免数据被恶意更新或擦除。写保护可应用于Flash内指定的内存空间。     写保护(WRP)后，相应的区域将禁止擦写，片擦指令将不能使用。   在所要配置的区域，输入“起始地址”和“操作长度”，勾选“配置”按钮，点击“使能/禁止”进行操作，操作完成，将在“发送显示区”显示操作结果，复位或重新上电生效。   若操作范围超过eflash最大长度，或要使能的两个区域地址重叠，将报错。   注：使能/禁止后，立即写入相应NVR，读取配置为操作后的设置，但需复位或重新上电方能生效。   • 专有代码读保护(PCROP)用于保护指定区域Flash代码，保护专有代码不被最终用户代码、调试器工具或恶意代码所修改或读取。     PCROP使能后，所选区域只能执行，不能读取和擦写，片擦指令将不能使用。   在所要配置的区域，输入“起始地址”和“操作长度”，勾选“配置”按钮，点击“使能/禁止”进行操作，操作完成，将在“发送显示区”显示操作结果，复位或重新上电生效。   若操作范围超过eflash最大长度，或要使能的两个区域地址重叠，将报错。   注：禁止PCROP区域后，此时读取配置依然是禁止前的设置，需要将SWD使能关闭，复位或重新上电方能生效。   • 存储区域权限控制利用内核本身自带的MPU单元，这个单元可以划分出几个region，每个region可以设置不同的访问属性，配合内核的User和Privilege模式，能够实现对敏感数据的访问控制，使得敏感数据不能够被恶意代码获取。这样隔离能够有效地降低软件漏洞带来的风险。   • 安全存储区可以用于保护特有的一些程序，安全存储区的大小可以进行配置，程序运行期间可以通过寄存器打开对这段安全存储区的保护，保护使能后则无法再次访问其中的任何内容。     在所要配置的区域，输入“操作长度”，点击“使能/禁止”进行操作，操作完成，将在“发送显示区”显示操作结果，复位或重新上电生效。若操作范围超过eflash最大长度，将报错。   注：使能/禁止后，立即写入相应NVR，读取配置为操作后的设置，但需复位或重新上电方能生效。   存储数据加密，地址加扰主要就是对片内FLASH和SRAM上的数据进行加密存储，并且存储的地址也被串扰。针对于部分代码和数据需要放在片外存储器的情况，公司也有部分系列带有OTFDEC（On The Fly DECryption）硬件，OTFDEC模块在总线与OSPI之间，可以实时地解密外部Flash上的密文代码和数据，只需要设置好相应的区域、密钥等，OTFDEC就可以自动解密被访问的密文数据，无需额外的软件参与解密，不需要将解密数据加载到内部RAM，可以直接运行片外Flash上的加密代码。OTFDEC模块也支持加密，但不是实时加密，数据首先被加密到RAM中，需要另外将RAM中的密文写回外部FLASH。 存储数据完整性校验主要就是对存储区的数据进行奇偶校验，可以有效抵抗故障注入攻击。   环境检测主要是检测芯片工作电压是否在正常范围，如果不在正常工作范围则进行报警，以抵抗电压故障注入攻击。   密码学算法引擎   上海航芯MCU系列都带有HASH，AES，TRNG和CRC硬件模块。直接调用对应的API函数即可使用相应的算法功能，有效满足数据传输及其完整性校验中的密码需求。   入侵保护   入侵保护主要是芯片可以检测遭受的物理入侵从而删除备份寄存器中的敏感数据，从而保护芯片敏感数据不会窃取。该功能主要由RTC和备份寄存器完成。   备份寄存器处于备份域中。待机模式唤醒或系统复位操作都不会影响这些寄存器。只有当被检测到有侵入事件和备份域复位时，这些寄存器才会复位。   RTC支持两个外部IO侵入事件检测，并可以记录侵入时间。并且需要输入私钥才允许对RTC寄存器进行写操作，避免攻击者篡改RTC寄存器。   生命周期管理   生命周期管理主要针对芯片测试开发到芯片使用阶段中可能存在的一些安全风险，例如调用测试或者调试接口非法获取数据。具体对应的功能包括测试模式禁止，JTAG禁止和128位唯一序列号。   • 测试模式禁止：芯片测试完成之后将测试模式禁止，交给客户的芯片不能再返回到测试模式，这样攻击者就不能通过测试接口获取敏感数据；   • JTAG禁止：当读保护(RDP)设置Level 1以上时，则会将JTAG功能禁止，使得攻击者不能通过调试接口获取敏感数据；   • 128位唯一序列号：128位唯一序列号绑定了芯片出厂的LOT/WAFER ID和坐标等。该序列号唯一且不可复制，开发者可将应用程序与该芯片的序列号绑定，这样可以使每个下载应用程序的芯片不可被复制。管理员需要管控好每颗芯片的序列号，这样便于产品的定位和追踪，防止安全产品的复制。   安全生产   安全生产主要是保证交由第三方工厂进行烧写的代码或者数据不被盗取和篡改以及过量生产。 针对安全生产，上海航芯提供了一套安全的解决方案，全程代码加密烧录，并带动态校验码（动态校验码与芯片唯一序列号绑定），而且可以进行烧录计数，进行产量控制，避免过量生产。并且支持在线/离线烧录，远程交付和更新固件，在保证固件安全性的前提下极大方便客户进行烧录固件。

发布时间: 2022-10-21 17:43:19

航芯技术分享，BMS专题之电池均衡如何提高电池寿命 查看详情 >>

航芯技术分享 | BMS专题之电池均衡如何提高电池寿命   随着新能源及电动汽车的迅速发展，能量密度比更高的锂电池得到了更多运用，而锂电池串联使用过程中，为了保证电池电压的一致性，必然会用到BMS来提升电池的使用性能和使用寿命。 上海航芯通用MCU ACM32F0系列以其低功耗+1路CAN+10万次擦写128K 片上Flash+125度高温支持；ACM32F4系列以其180MHz M33内核+Flash加速+10万次擦写512K片上Flash+2路CAN+125度高温支持，被广泛应用到BMS场景中。BMS的主要功能包括：电量管理、电压检测、电池均衡等。 电池均衡概述 电池均衡是通过对多节串联电池进行容量最大化处理，确保各个电池单元能量可用，以此来延长电池使用寿命的技术。电池均衡是指在一个系列电池组中对不同的电池使用差动电流。电池均衡器是电池管理系统中的一种功能组件，用于执行锂电池电动汽车和ESS应用中常见的电池均衡。 通常，电池组的各个单元具有不同的容量，并且处于不同的SOC水平（SoC是指个别电池随着充电和放电，相对于其最大容量的剩余容量）。如果没有重新分配，当容量最低的电池被放空时，放电必须停止，即使其他电池仍未被放空，这限制了电池组的能量输送能力。而平衡的电池是指一个电池组中的每节电池都具备相同的电荷状态 (SoC)。 在均衡的过程中，较高容量的电池经历了一个完整的充电/放电循环。如果没有电池均衡，容量最低的电池就是一个薄弱点，即使其他电池单元仍有许多电量剩余，整个电池组也只能在其最弱的电池单元完全放电之后才能充电。因此，对各电池单元进行平衡可以更大限度地提高电池组的容量，并确保其中所有能量均可利用，从而提高电池寿命。除了更大限度提高电池容量外，电池平衡功能还可防止电池单元过充和过放，从而确保电池安全运行。电池均衡是BMS的核心功能之一，此外还有温度监控、充电，以及其他有助于延长电池组寿命的功能。 电池均衡的必要性 当您需要将多个电池合在一起为设备供电时，则需要进行电池均衡。因为电池单元较为脆弱，如果充电或放电过多，就会死亡或损坏。对于具有不同SoC的电池，并开始使用它们时，它们的电压开始下降，直到其中存储的能量最少的电池达到电池的放电截止电压。那时，如果能量继续流经电池，它就会受到无法修复的损坏。如果尝试将这组电池充电到正确的组合电压，健康的电池会过度充电并因此受到损坏，因为它们将要吸收已经损坏的电池不再能够存储的能量。不均衡的锂电池在第一次尝试使用时就会损坏，这就是为什么需要电池均衡。 电池均衡的其他原因包括： 热失控 电池，尤其是锂电池，对过充和过放非常敏感。当内部热量的产生速度超过散失速度，就会导致热失控。温度升高会导致锂电池结构变化并在电极上形成表面膜，使锂电池衰减速度更快。另外，积热过多可能会导致电池平衡开关和电阻的损坏。通过使用电池均衡，电池组中的每个无缺陷电池应均衡到与其他无缺陷电池相同的相对容量。由于热量是导致热失控的主要因素之一，因此，除电池均衡器以外，还可以使用冷却系统，保持电池组处于室温环境，最大化的减少热量留存。 电池老化 当锂电池被过度充电，甚至略高于其推荐值时，电池的能量容量、效率、生命周期都会降低。电池老化主要是由以下原因引起的： 袋型电池中电极的机械 退化或堆压 损失。 阳极上固体电解质界面（SEI）的增长。当充电电压保持在3.92v/cell以下时，SEI被视为大多数基于石墨的锂电池容量损失的原因。 在正极形成电解质氧化 (EO)，可能导致容量突然损失。 由高充电率产生的阳极表面的镀 锂 。 电池组的不完全充电 电池以0.5到1.0倍率的恒定电流充电，电池电压随着充电的进行而上升，充满电后达到峰值，然后下降。考虑三个分别具有77Ah、77Ah和76Ah且100% SoC的电池，然后所有电池都被放电，并且SoC下降。很快能发现3号电池会首先耗尽能量，因为它的容量最低。 当给电池组通电，相同的电流流过电池时，电池3在充电过程中再次滞后，可以认为是完全充电，因为其他两个电池已完全充电。这意味着由于电池的自热导致电池不均衡，电池3的库仑效率 (CE) 较低。 电池组能量的不完全使用 消耗超过电池设计容量的电流或使电池短路，最可能导致电池过早失效。在对电池组放电时，较弱的电池比健康电池放电更快，它们比其他电池更快达到最低电压。在电池运行过程中，提供定期的休息时间，使电池中的化学转换能够保持对电流的需求。 电池均衡的类型 主动均衡 主动电池均衡通常将能量从一个电池传输到另一个。即从高电压/高SoC的电池转移到低SoC的电池。主动均衡的目的是，如果您有一组容量较低的电池，您可以通过从电池组中的一个比另一个能量更高的电池转移能量来延长电池组的寿命或SoC。 主动电池均衡通过微型转换器电路高效地将能量从高电压的电池传递到低电压的电池，避免了热量导致的能量损耗。主动电池均衡方法有两种不同类别：电荷转移和能量转换。电荷转移用于主动地将电荷从一个电池传输到另一个电池，以实现相等的电池电压，能量转换是用变压器和电感在电池组的电池之间移动能量。 其他有源电池均衡电路通常基于电容、电感或变压器以及电力电子接口，这些需要： 基于电容器 • 单个电容器，这种方法很简单，因为它使用单个电容器，而与电池中连接的电池数量无关。然而，这种方法需要大量的开关和对开关的智能控制。 • 多个电容器，这种方法将多个电容器连接到每个电池，通过多个电容器传输不相等的电池能量，它不需要电压传感器或闭环控制。 基于电感器或变压器 • 单/多电感，单电感的电池均衡电路体积小，成本低，而多电感的均衡速度快，电池均衡效率高。 • 单变压器，这种方法均衡速度快，磁损耗低。 • 多变压器，这种电池均衡器具有快速的均衡速度，然而，它需要一个昂贵且复杂的电路来防止变压器被淹没。 基于电力电子接口 • 反激/正激转换器，高压电池的能量存储在变压器中，该电池均衡器具有高可靠性。 • 全桥转换器，这种电池均衡器具有快速的均衡速度和高效率。 有源均衡器能够将大量电流从一个电池推到另一个电池。 主动均衡的优点： • 它提高了容量使用率，当一个系列中具有不同的电池容量时，它会表现出色。 • 它提高了能源效率，它通过将多余的能量转移到能量较低的电池中来节省能量，而不是燃烧电池中的多余能量。 • 寿命延长，它提高了电池的预期寿命。 • 快速均衡。 主动均衡的缺点： • 当能量从一个电池转移到另一个电池时，大约会损失10-20%的能量。 • 电荷只能从高位电池转移到低位电池。 • 尽管有源电池均衡器具有较高的能量效率，但其控制算法可能很复杂，并且其生产成本昂贵，因为每个电池都应与额外的电力电子接口连接。 被动均衡 通常把能量消耗型均衡定义为被动均衡，被动均衡运用电阻，将高电压或高电荷量电芯的能量消耗掉，以达到减小不同电芯之间差距的目的，是一种能量消耗性均衡。如果将电池串联在一起，并且某些电池的能量高于其他能量较低的电池，可以通过在电池上连接一个电阻来均衡顶部电池的燃烧能量，从而将能量释放到热量，以此来均衡电池组的能量。 被动均衡可使所有电池看起来具有相同的容量。有两种不同类别的无源电池均衡方法：固定分流电阻和开关分流电阻。 固定分流电阻电路通常连接到固定分流器，以防止其被过度充电。在电阻器的帮助下，无源均衡电路可以控制每个电池电压的极限值，而不会损坏电池。这些电阻器为均衡电池而消耗的能量可能会导致BMS的热损失。因此，这证明固定分流电阻器方法是一种低效的电池均衡电路。 开关分流电阻电池均衡电路是目前电池均衡中最常用的方法。该方法有连续模式和感应模式，在连续模式下，所有开关都被控制在同一时间开启或关闭。在感应模式下，每个电池都需要一个实时电压传感器。该电池均衡电路通过均衡电阻消耗了高能量。这种电池均衡电路适用于在充电或放电时需要低电流的电池系统。 被动均衡的优点： • 不必主动平衡电池组也依然能完美的工作。 • 电池单元在没有电量时不会有任何损耗，一旦电池充满，仅会在其有足够额能量时进行均衡操作。 • 它会让所有电池单元具有相同的SoC。 • 它提供了一种低成本的电池均衡方法。 • 它可以纠正电池与电池之间自放电电流的长期失配情况。 被动均衡的缺点： • 热管理不良。 • 它们在满SoC时不会进行均衡。仅在每个单元的顶部以95%左右保持均衡，这是因为电池容量不同时，会被强制燃烧掉多余的能量。 • 它的能量传输效率通常很低。电能在电阻器中以热量的形式耗散，电路也造成了开关损耗，换句话说，被动均衡电路会导致大量的能量损失。 • 它不会提高电池供电系统的运行时间。 上海空间电源研究所Wangbin Zhao提供的例子 多绕组变压器的主动均衡电路分为功率模块和控制模块。电源模块由电池单元、均衡变压器和开关晶体管（MOSFET）组成。同时，模块也可以根据实际需要进行扩展。每节电池通过MOSFET与电池组串联，采用固定占空比的周期信号控制对电压较高的电池进行放电。控制模块包括FPGA控制单元、AD采样单元。每个电池电压信号通过一阶低通滤波器进入AD采样。将所有电池电压的AD采样信号处理后送到FPGA中，利用FPGA内部的均衡算法实现电池组的均衡控制。MOSFET的开关周期与均衡变压器峰值电流的关系如下： TS – 切换周期； TON – MOSFET的开启时间； TOFF – MOSFET的关断时间； Lpri – 初级磁化电感； Ipri-peak – 初级峰值电流； Ubat – 单节电池电压； Lsec – 第二磁化电感； Isec – peak-次峰电流； UOFF – 电池组总电压； 均衡变压器的设计关系到均衡电路的工作性能。因此，必须正确设计变压器参数。在电池组充电过程中，一旦主动均衡电路检测到某个电芯的电压过高，就会启动相应的均衡开关为该电芯放电。均衡变压器初级侧的平均放电电流为： 同理，可以得到均衡变压器二次电池的平均充电电流为： N——串联电池的数量； k——变压器初级和次级的匝数比； 分析方程（1）到（3），得出结论，在固定占空比控制方法下，均衡平均电流仅与变压器初级和次级绕组的匝数比、电池数量和电流峰值有关。 电池组所需的均衡电流是多少？ 均衡电池是指在某些SoC上，所有电池都完全处于相同的SoC。均衡电池所需的电流取决于电池失衡的原因。它分为2类：总均衡、维护均衡。 总均衡 如果电池组在制造或维修时没有考虑到单个电池的初始SoC，平衡器可能会被期望完成总的平衡工作。在这种情况下，平衡电池组所需的最大时间长度取决于电池组的大小和平衡电流。所需的均衡电流与电池组的大小成正比，与所需的均衡时间成反比： 均衡电流 [A] = 包装尺寸 [Ah] / 总均衡时间 [小时] 对于一个100Ah有空有满的电池组来说，均衡电流为1A的BMS需要将近一周的时间来进行均衡。而一个均衡电流为10 mA BMS无法在其使用寿命内均衡 一个1000 Ah的电池组。或者说，如果希望BMS在合理的时间内均衡一个大容量且极不均衡的电池组，则需要它提供一个相对较高的均衡电流。 维护均衡 如果一个电池组开始时是均衡的，那么保持均衡将变得容易。如果所有电池的自放电泄漏相同，则不需要均衡；电池的SoC缓慢下降完全相同，因此电池组保持均衡。如果电池组中有一个电池单元其自放电泄漏电流为1mA或更多而其他电池单元的泄漏电流相同，则BMS从所有其他电池平均取1mA 或仅对该电池增加1mA，这被认为是平均均衡电流。 在很多应用中，BMS除了不断地漏电放电外，还无法做到无限均衡。因此，均衡电流必须更高，与BMS均衡电池组可用的时间成反比。 例如： 如果BMS可以持续均衡，均衡电流可以是1mA，而如果BMS每天只能均衡1小时，均衡电流应该是24mA，才能达到1mA的平均值。 更重要的是，如果BMS可以运行比所需最小值更多的均衡电流，则BMS可以： • 保持均衡始终开启，但降低其值以匹配电池自放电泄漏增量。 • 通过占空比打开和关闭均衡，平均而言，电流与电池的漏电流增量相匹配。 所需的均衡电流与泄漏电流的差和可用于均衡的时间百分比成正比： 均衡电流 [A] = (最大漏电流 [A] – 最小漏电流 [A]) / (每日均衡时间 [小时] / 24 [小时]) 均衡电流是均衡器对满电量电池进行分流时的电流量，以求可同时继续允许相同的电流流入非满电池。正确的量取决于想要多快结束均衡。 结论 均衡补偿单个电池的SoC，而不是容量不均衡。电池组均衡的好处是，如果电池组在工厂均衡，BMS只需要处理均衡电流。这对于构建已经均衡的电池组更有意义，无需使用可以执行总均衡的BMS。 为了最大限度地减少电池电压漂移的影响，必须适当调节不均衡。任何均衡方案的目标都是让电池组以预期的性能水平运行并延长其有用容量。对于希望最小化成本并纠正电池之间自放电电流的长期失配的客户，被动均衡是最佳选择。 *内容来源自ION Energy，版权归原作者所有，如涉及版权问题请联系沟通

发布时间: 2022-10-21 17:43:19

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航芯技术分享 | 了解汽车上的OBD   如今，大多数驾驶员都熟悉汽车仪表板上的灯和指示，尤其是可怕的检查引擎灯。但是，您是否知道这些灯仅仅是表层的指示器，其背后有复杂的诊断系统在不断监测车辆的健康状况？随着OBD系统的运用，使车辆诊断和维护变得更加便捷。 什么是 OBD？ OBD（On-Board Diagnostic）指的是在线诊断系统，是汽车上的一种用于监控车辆状况以及控制排放的一种在线诊断系统。该车载系统从车辆内部的传感器网络收集信息，随后该系统会根据数据来调节车辆系统或向用户报告问题。而技术人员可以轻易地通过OBD系统读出车辆数据，以此诊断问题。OBD系统已经能够更好地帮助客户了解车辆诊断。 OBD 的历史始于1980 年代，在此期间，针对多种因素开发了车辆监控系统，包括： 排放控制：开发 OBD 的最大原因之一是帮助减少车辆排放。OBD系统通过监控主要发动机部件的性能，来帮助解决可能导致排放增加的任何系统故障。OBD系统会监控主要引擎部件的性能，检测是否出现了能导致排放增加的系统错误，并协助控制排放。OBD在这一领域非常有用，以至于它被纳入EPA 关于实施清洁空气法案的文献中。 电子燃油喷射：在1980年代，汽车制造商开始广泛生产带有电子燃油喷射的车辆。与机械燃油喷射系统不同，电子燃油喷射系统是通过计算机来控制，计算机系统会监控并确定进入发动机的燃油流量。 电子组件：随着电子燃油喷射的普及，越来越多的电子设备在汽车中变得司空见惯，从而增加了对更复杂的监控系统的需求，以帮助更准确地识别问题。 自OBD问世以来，车辆监控系统已经经历了多次迭代。今天，OBD作为一个标准化系统，规定了所使用的连接器和故障代码，使技术人员可以轻松快速、准确地维修各种车辆。 OBD 是如何工作的？ 一个基本的 OBD 系统由一个中央系统、一个传感器网络、一个连接点和指示器组成，创建了一个具有标准化访问和可读性的完整监控系统。OBD系统由以下组件组成： ECU：OBD系统的核心部分是电子控制单元（ECU）。ECU收集来自整个车辆的各种传感器的输入。然后，ECU使用这些数据来控制车辆的部件，如燃油喷射器，或监控问题。 传感器：整个车辆都有传感器，覆盖从发动机、底盘到电子系统的各个区域。这些系统中的每一个传感器都向ECU发送代码，指定信号的来源和参数。然后ECU“读取”并解释这个信号。 DTC：如果传感器向ECU发送的信息超出正常范围，ECU会将信息保存为称为诊断故障代码或DTC的代码。DTC代码本质上是一个字母和数字的列表，用于指示问题的来源和性质。DTC代码通常是标准化的，但也可能是制造商特定的。保存DTC后，ECU会向指示灯发送一个信号，表明已发现问题。也可以通过将传感器连接到 OBD系统的连接器来拉出DTC。 MIL：当ECU收集到DTC代码时，它会向车辆仪表板发送信号以打开相应的指示灯。这些灯，规范地称为故障指示灯或MIL，是为车辆故障提供初步的预警系统。一般来说，如果灯打开并保持亮起，则问题很小。如果指示灯闪烁，则问题很紧急。 DLC：ECU会收集的所有数据和DTC代码且可以通过诊断链路连接器或DLC访问。DLC端口是访问配备OBD系统车辆的接入点，通常位于车辆驾驶员一侧的仪表板下方，在商用车辆中，也可能位于其他位置。现在的车辆采用标准OBD-II系统制造，因此任何带有2类线缆的扫描工具都可以连接到2类连接器。 多年来，车载诊断发生了怎样的变化？ 自1980年代推出以来，OBD发生了显著的变化。最初，系统会通过MIL来通知用户有问题出现，但不会存储有关问题性质的任何信息。随着汽车变得越来越先进，安装在车辆中的传感器数量不断增加，系统内存储的信息量也随之增加。根据当时流行的系统类型，OBD系统的发展可以分为两个不同的阶段。 1. OBD-I 第一个OBD系统本质上是专有的，因此制造商之间会有所不同。在1990年之前，每个OBD系统收集的代码、系统和信息因制造商而异。虽然这些系统被证明是有用的，但对于技术人员来说，它们的使用过于复杂，技术人员必须为每种汽车制造商购买新的工具和电缆，或者必须投资购买具有一系列适用于多种汽车制造商的适配器电缆的扫描仪。由于这些系统的专有性质，用户经常被迫去经销商技术人员那里诊断车辆问题。 直到1991年加州空气资源委员会强制要求所有汽车都具备OBD功能，才开始推动OBD系统标准化。然而，委员会没有为这些OBD发布任何标准，这给汽车制造商和用户带来了更多的困难。当OBD-II标准在1994年实施以响应这一需求时，所有先前形式的OBD都被追溯归类为OBD-I系统。 2. OBD-II 1994年，加州空气资源委员会发布了OBD-II作为在加州销售的所有车辆的OBD系统的一套标准。该政策于1996年正式实施，并一直沿用至今。汽车工程师协会和国际标准化组织（分别称为SAE和ISO）也发布了关于如何在ECU和诊断扫描工具之间交换数字信息的标准。随着《清洁空气法案》的通过，EPA进一步扩大了OBD-II的使用范围，截至2001年，33个州和地方要求定期对车辆进行检查，以确保它们符合排放标准，而OBD-II系统是其中的关键部分。有了这套标准，技术人员可以快速轻松地维修更多种类的车辆，而无需制造商特定的工具。 OBD-II 标准具有多项要求，包括： OBD-II 连接器：现代OBD系统使用称为2型连接器的标准化DLC。这允许技术人员使用相同的电缆，即2类电缆，通过端口和OBD系统进行数字通信来访问其存储。该端口的位置不全部统一，但通常位于车辆驾驶员一侧的仪表板下方。 系统监控：EPA要求OBD系统监控影响车辆排放的问题。许多系统会考虑不包含在此范围内的其他指标，以便更轻松地查找和修复车辆问题，但设置了最低要求。 OBD的应用有哪些？ 作为诊断车辆问题的简便方法，OBD通常用于各种车辆类型。然而，OBD的应用已经扩展到涵盖更具体的车辆监控和维护领域，尤其是在过去几年中。OBD一些更具体的应用包括： 驾驶员行为监控：汽车相关行业越来越多地使用OBD系统作为监控驾驶员行为的一种方式。例如，一些汽车保险公司为使用车辆数据记录器的司机提供降低保费政策，以证明他们安全的驾驶行为。此外，公司可能会在他们的车队或送货车辆中安装类似的数据记录器，以实时关注司机的行为，这有助于减少他们在发生事故或交通违规时的责任。 排放测试：现在，OBD-II测试是美国部分地区测试车辆排放的一种常见方法。作为OBD-II标准的一部分，这些系统密切监控排放，因此检查员可以简单地使用扫描工具来检查与排放相关的故障代码，以确保车辆合规。 补充仪表：汽车爱好者和专业司机经常使用OBD系统来关注标准车辆中通常不显示的指标。这些指标可以显示在车辆的定制装置上，或广播到司机的手机上。 商用车远程信息处理：商用车公司通常使用通用OBD-II来收集有关车队的信息。这包括车队跟踪、燃油效率监控、驾驶员行为监控、远程诊断等。 OBD与商用车的关系 OBD的最广泛使用可能是在商用车行业，因为车辆维护是该行业的一个重要方面。商用车公司已广泛实施使用OBD-II系统的先进扫描工具，特别是OBD-II能提供的以下好处： 快速诊断：通过标准化的连接器和DTC，以及通过SAE J1939的详细DTC系统，可以在几分钟内识别商用车问题。通过将扫描工具连接到连接器端口，技术人员可以提取有价值的诊断信息，在问题变成需要进行昂贵的维修之前，可以用于识别和解决问题。 准确的信息：使用OBD系统，信息是通过使用传感器而不是由技术人员收集的。这提高了提取信息的准确性，减少了可能遗漏关键性系统错误的机会。 多样化的衡量标准：OBD系统可用于收集与车辆维护有关的指标以外的广泛指标。OBD系统可以跟踪驾驶员的行为，以确保驾驶员遵守法律要求及公司协议。系统还可用于通过安全线路广播指标，允许中央控制从远程位置轻松监控驾驶员及其车辆。 改进的合规性： 从2010年起，环保局和《清洁空气法案》规定的标准也适用于14000磅以上的卡车所使用的重型发动机。在某些州运行的车辆需要定期检查，以确保它们符合这些标准。OBD系统监测排放，以确保车辆在任何时候都符合最低要求。当排放物超过可接受的限度时，它们也会提醒用户，以便在检查前解决这个问题并加以修正。 降低成本：在更快、更准确的诊断、扩展的监控能力和改进的车辆合规性之间，OBD系统帮助商用车公司降低了成本。 上海航芯OBD车载诊断方案 系统框图 上海航芯OBD车载诊断方案采用MCU ACM32F4产品，其主要功能是通过CAN接口从ECU模拟器中读出发动机序列号、发动机转速、车速、故障码等信息，通过液晶屏做一个展示。该Demo使用了LVGL用于显示界面、实现了ISO15765协议与ECU模拟器进行通讯。 *内容来源自Noregon，版权归原作者所有，如涉及版权问题请联系沟通

发布时间: 2022-10-21 17:43:19