本帖最后由 STM新闻官 于 2024-8-16 09:56 编辑
电动自行车/电动摩托车已成为国内主要的短途代步工具。据统计，截止到2020年，中国市场保有量已经超过3亿辆。
电动车电池是电动车上的动力来源，电动车上绝大多数装的是铅酸蓄电池。而锂电池相比铅酸电池具有更高的能量密度和性价比，在新国标的驱动下，将成为电动两轮车的主流电池技术，但不可忽视的是，相比铅酸电池，锂电池的危险性更高，若不谨慎对待，很容易发生失火、爆炸等危险事件，这也对电动单车BMS解决方案提出了更高的要求。
STM32U5是STM32高性能低功耗系列的旗舰产品，它延续STM32F2/F4/F7的应用范围，同时又有更低的能耗，更高的可靠性和性价比，是适合电动单车BMS系统的理想解决方案。
BMS功能需求：实时监测/管理电池参数
BMS系统能对电动单车电池的充放电、电池温度、单体电池间的均衡进行控制。在电动单车中，锂电池组作为核心部件之一，在制造成本中占有极高的比重。电池管理系统作为电动单车动力电池组的监控管理中心，必须对电池组的温度、电压和充放电电流等相关参数进行实时动态的监测和管理。
STM32U5具有很好的外设集成度。14位、12位的ADC配置，DAC，运放，比较器等丰富的模拟外设，配合2个高级电机控制定时器和多个通用定时器能很好满足工业控制中对电机控制部分的需求。
在工业总线接口方面，STM32U5内置了FD-CAN外设，也可以很方便进行外扩，例如通过FSMC外扩FPGA而实现更复杂的总线等。丰富的串行通信外设接口也方便进行传感器采集、工业组态显示屏等的扩展。STM32U5内置2MB 双Bank Flash，768KB RAM丰富的资源，对应用开发非常友善，方便功能升级。100K次可擦写的512KB Data Flash及方便外扩存储的O-SPI接口等也为现场数据的实时存储记录提供了实现方案。
BMS安全需求：高性能与低功耗
锂电池一次过放电便会造成电池的永久性受损。在极端状况下，锂电池温度过高或过充电会造成热脱控，电池会裂开甚至发生爆炸。因此需通过BMS严控充电及放电的全过程，避免损坏电动单车电瓶。
此外，电池内短路是最麻烦、最难明确的热失控原因，在现阶段，这也是电池安全领域的全球性难题，可能会造成严重的影响。并且，电池内短路现在还不能从源头上避免。而利用BMS电池管理系统能够迅速鉴别电池内短路，以达到对电池的短路保护。其双重短路保护、双重过流、过充、过放保护等技术，充分保障了电池的使用安全，进一步延长了电池寿命。
STM32U5低功耗微处理器中无与伦比的性能可帮助电动单车构建强大的BMS管理系统。高性能是STM32U5的第一个关键词。STM32U5内搭Cortex-M33 内核，相对Cortex-M4性能提高20%以上；主频160MHz，使STM32U5系列能达到240DMIPS和651Coremark的性能评分，而同样采用Cortex-M33内核的上一代产品STM32L5主频为110MHz。
为了进一步增强性能，STM32U5还集成了数**算加速器（三角函数以及数字滤波加速器CORDIC和FMAC），实现数字信号处理功能加速同时减轻CPU负载，在电机驱动应用实例中，可以将控制环路速度提高12%。
STM32U5还集成了用于优化内、外部存储上指令与数据吞吐速度的Cache（8 kB指令Cache，4kB数据Cache）和Art加速器以及用于图形处理加速的Chrom-Art，以实现更流畅更高颜值的图形显示界面。STM32U5的存储空间也进一步扩大。其Flash目前支持1MB至2MB。同时，Flash中包含512KB具有100K次擦写保证，为用户数据反复保存提高可靠性。而SRAM配备768KB，并且支持ECC，满足关键安全应用。同时，STM32U5还配备了存储控制器接口FSMC，以及OctoSPI，支持更灵活的外部存储扩充。
为了使设备更快进入工作状态，四轴飞行器在未使用，或电动车停止状态下时，系统并不是完全断电状态，这时候减少电流的损耗就非常重要。人们经常遇到电动车/四轴飞行器在充满电状态下，因为长时间未使用，当再次使用时却发现电池没电了，或电动车电池因长时间未使用而出现过放，最终无法充电。
而使用高性能低功耗MCU 可以精准控制电池工作状态，减少电池在未使用时的电能损耗，延长整个电池的使用时间，减少充电次数，避免出现上述情况。
STM32U5具有先进且灵活的低功耗设计，通过多种功耗模式+更多省电小技巧实现超低功耗特性：
BMS信息安全需求
新国标对电动自行车的技术要求作了较大调整： STM32U5提供更强大的安全设计，包括核心代码的保护和信息传输的安全保护，层层安全，只为保护用户的创新设计。STM32U5作为第二个Cortex-M33内核带TrustZone的低功耗MCU，相比前一代的L5，在性能、功耗、处理能力等方面都做了大幅度升级，在安全性上也更上一层楼：在系统隔离方面延续TrustZone架构，实现了更全面系统隔离机制； 加解密引擎上除了同样支持对称加密算法、公钥算法加速器、HASH和真随机数硬件外，还增加了安全AES模块，升级PKA，从硬件上能够抵御DPA一类的侧信道攻击； 在芯片生命周期管理方面，对读保护机制也做了改进；同样支持BOOTLOCK功能，保证启动入口的唯一性； 存储保护方面，除了保持L5已有的功能，例如RDP，HDP，MPU，OTFDEC等等，还增加了写保护锁功能，可以将部分FLASH ROM化； 包含防入侵检测功能，能够对设备开盖攻击，对芯片运行环境如电源温度、时钟等的侵扰进行防护，同时还增加了对Backup寄存器的保护区功能； 在信任根的部分，STM32U5也提供以TF-M为参考实现的安全启动和安全升级，并经过了第三方安全认证，取得PSA和SESIP安全认证的 Level3证书；也支持安全烧录SFI功能； 支持基于HUK硬件的密钥安全存储机制。
共享电车/四轴飞行器BMS 应用案例
超低功耗与高性能的完美平衡，增强的信息安全功能，丰富的RAM 资源和外设接口 （CANFD, UART, IIC,SPI）使得STM32U5成为电动单车/四轴飞行器BMS系统的理想解决方案。目前，STM32U5已成功应用到福建 SCUD(飞毛腿）动力 (电摩BMS)（STM32U545系列，用于BMS主控和RF管理器），以及河南正方共享电单车和四轴飞行器BMS系统中（STM32U575系列，用于BMS系统和工业能源存储）。
BMS系统能对电动单车电池的充放电、电池温度、单体电池间的均衡进行控制。电动车停止状态下时，系统并不是处于完全断电状态，这时减少电流的损耗就非常重要。使用STM32U5可精准控制电池工作状态，减少电池在未使用时的电能损耗，延长整个电池的使用时间，从而减少充电次数。
高性能，低功耗，丰富的数字外设和更高性能模拟接口，强大的安全特性，以及支持GUI 加速，让STM32U5在工业控制、工业表计和医疗健康、个人穿戴设备等应用领域取得良好的表现，必将为泛工业系统的创新赋能。
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