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航顺 HK32F407 赋能 BMS,引领电池管理新突破

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一、市场规模与增长
随着全球新能源汽车、储能系统等领域的快速发展,电池管理系统BMS 市场规模不断扩大。据相关数据统计,预计到 2025 年,全球 BMS 市场规模将超过 200 亿美元,年复合增长率达 15% 左右。在新能源汽车领域,随着全球汽车电动化转型加速,新能源汽车产量持续攀升,作为其核心部件之一的 BMS,市场需求也随之水涨船高。同时,在储能系统、消费电子、工业设备等其他应用领域,对电池的安全性、可靠性和性能要求不断提高,也进一步推动了 BMS 市场的增长。

二、市场应用
新能源汽车:新能源汽车是BMS 的主要应用领域之一。BMS 可以实时监测电池组的电压、电流、温度等参数,确保电池在安全范围内工作,延长电池寿命,同时提高汽车的续航里程和动力性能。
储能系统:在储能系统中,BMS 能够对电池进行精确管理,实现电池的充放电控制、能量调度等功能,提高储能系统的效率和可靠性,保障储能系统的稳定运行,使其在能源存储和供应方面发挥重要作用。
消费电子:如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等消费电子产品,BMS 可以精确控制电池的充放电过程,防止电池过充、过放、过热等问题,延长电池使用寿命,为用户提供更安全、稳定的使用体验。
工业设备:在各类工业设备中,如电动工具、无人搬运车、自动化生产线等,BMS 能够确保电池在复杂的工业环境下的安全运行,提供可靠的电源支持,保证设备的正常工作和生产效率。

三、方案概述
航顺HK32F407 是一款高性能的 ARM Cortex-M4 内核MCU,主频 168MHz,具有高达 1MB Flash 和 256KB SRAM。具备强大的数据处理和存储能力,能够满足高级 BMS 系统复杂的计算和数据存储需求。基于 HK32F407 的电池管理系统 BMS 解决方案,其架构包括以下几个部分:
主控单元:以HK32F407 为核心,负责整个 BMS 系统的控制和管理,运行各种算法和控制逻辑,实现对电池的精确控制和管理。
电池采样单元:通过高精度的采样电路,对电池组的电压、电流、温度等参数进行实时采集,并将采集到的数据传输给主控单元进行处理和分析。
保护与控制单元:根据主控单元的指令,实现对电池组的过充、过放、过流、短路等保护功能,同时控制电池的充放电过程,确保电池在安全范围内工作。
通信单元:具备多种通信接口,如CAN、SPI、I2C 等,可实现 BMS 系统与外部设备(如车辆控制器、储能系统控制器、上位机等)之间的数据通信和信息交互,方便对电池系统的远程监控和管理。
显示单元:通过按键、指示灯等,显示电池的状态信息(如电压、电流、电量、温度等)、系统运行状态、故障报警等信息,方便用户及时了解电池系统的情况并进行相应的操作。

四、方案核心优势
高性能计算能力:168MHz 的高主频以及内置的单精度浮点单元 FPU,使 HK32F407 能够快速处理大量的电池数据,实时运行复杂的 BMS 算法,如电池状态估计算法,提高电池管理的精度和效率,确保电池系统在各种工况下的性能。
丰富的外设接口:提供了多种通信接口和外设功能,如CAN、SPI、I2C、UART、USB OTG、以太网等,方便与各种传感器、执行器和其他设备进行连接和通信,满足 BMS 系统与其他系统集成的需求,实现更广泛的应用和功能扩展。
高精度采样与监测:具有多个12 位 ADC通道,能够实现对电池电压、电流、温度等参数的高精度采样和监测,采样误差小,测量精度高,为准确评估电池状态和进行精确控制提供了可靠的数据基础。
强大的安全与保护功能:内置硬件加密模块,如AES256、TRNG 等,可对电池数据和通信数据进行加密处理,防止数据泄露和篡改,保障电池系统的信息安全。同时,具备完善的保护机制,能够快速响应电池的异常情况,实现过充、过放、过流、短路等多重保护功能,确保电池系统安全可靠运行。
低功耗设计:支持多种低功耗模式,如睡眠模式、停机模式等,可根据BMS 系统的工作状态自动切换,降低系统功耗,延长电池的使用寿命,提高电池系统的能效比,特别适用于对功耗要求严格的新能源汽车和储能系统等应用。
宽温度工作范围:可在- 40℃~105℃的温度范围内稳定工作,适应各种恶劣的环境条件,满足新能源汽车、储能系统等在不同地域和气候环境下的使用需求,确保电池系统在高温、低温等极端温度下的性能和可靠性不受影响。

产品系统框图





航顺HK32F407系列MCU主要规格
  • ARM® Cortex®-M4 Core

  • 最高时钟频率:168 MHz
  • 24 System Tick 计时器

  • 工作温度范围:-40°C ~ 105°C
  • 工作电压范围

  • 双电源域:主电源VDD 1.8 V ~ 3.6 V、备份电源 VBAT 1.8 V ~ 3.6 V
  • 当主电源掉电时,RTC 模块可继续工作在 VBAT 电源下。
  • 当主电源掉电时,VBAT 电源为 80 Byte 备份寄存器供电。

  • VDD 典型工作电流

  • 运行(Run)模式:18.04mA@168MHz2.63mA@16MHz
  • 睡眠(Sleep)模式:12.04mA@168MHz2.08mA@16MHz
  • 停机(Stop)模式:

-- Stop_MR1.03mA
-- STOP LP-FPD9.34mA
  • 存储器

  • Flash 存储器包括最高 1 Mbyte 的主区 Flash,具有代码安全保护功能,可分别设置读保护和写保护。
  • 8 Kbyte CPU 指令 Cache 缓存
  • 1 Kbyte CPU 数据 Cache 缓存
  • 192 Kbyte 片内 SRAM 64 Kbyte CCM SRAM
  • 80 Byte 备份寄存器和 4 Kbyte 备份 SRAM
  • FSMC 模块可外挂 1 Gbyte NOR/PSRAM/NAND/PC Card 存储器(其中,256 Mbyte 的空间可以存放指令,可用于片内 Cache 缓存)。
  • QSPI 模块可外挂 256 Mbyte NOR Flash 存储器(可存放指令,可用于片内 Cache 缓存)。

  • 时钟

  • 外部HSE4 ~ 32 MHz
  • 外部LSE32.768 kHz
  • 片内HSI 时钟:64 MHz/16 MHz/8 MHz
  • 片内LSI 时钟:32 kHz
  • PLL 输出时钟:168 MHz(最大值)
  • GPIO 外部输入时钟:1~42 MHz

  • 复位

  • 外部管脚复位
  • 电源复位
  • 软件复位
  • 看门狗(IWDG WWDG)定时器复位
  • 低功耗管理复位

  • 可编程电压检测(PVD

  • 8 级检测电压门限可调
  • 上升沿和下降沿检测可配置

  • 通用输入输出端口(GPIO

  • 64 脚封装 MCU 提供 51 GPIO 引脚,
  • 100 脚封装 MCU 提供 82 GPIO 引脚,
  • 144 脚封装MCU 提供 114 GPIO 引脚
  • 所有GPIO 引脚可配置为外部中断输入
  • 内置可开关的上、下拉电阻
  • 支持开漏(Open-Drain)输出
  • 支持施密特(Schmitt)迟滞输入
  • 输出驱动能力超高、高、中、低四挡可选
  • 提供最高30 mA 驱动电流

  • 数据通讯接口

  • 4 USART
  • 最多4 UART
  • 3 SPI(均支持 I2S 协议)
  • 3 I2C
  • 1 SDIO
  • 2 CAN(均支持 2.0A 2.0B 协议)
  • 1 QSPI
  • 1 HS USB OTG
  • 1 个以太网接口

  • 音视频数据接口

  • 1 个数字照相机接口(DCMI
  • 4 TFT 接口

  • 定时器

  • 2 个高级定时器:TIM1/TIM8

-- TIM1/TIM8 具有刹车功能和 4 PWM 输出,其中 3 路带死区互补输出
  • 10 个通用定时器:TIM2~5 TIM9~14

-- 8 16 位通用定时器:TIM3~4 和和 TIM9~14
-- 2 32 位通用定时器:TIM2/TIM5
  • 2 个基本定时器:TIM6/TIM7

-- 1支持CPU 中断、DMA 请求和 DAC 转换触发
  • 红外遥控接口:配合红外LED 使用,可实现远程遥控功能。
  • DMA 控制器

  • 2 个通用双端口 DMADMA1 DMA2

-- 每个DMA 具有 8 个数据流,每个数据流有多达 8 个通道
  • 支持TimerADCDACSPII2CUSARTUART 等多种外设触发。

  • RTC 时钟计数器,配合软件记录年月日时分秒
  • 片内模拟外设

  • 3 12 2 MSPS ADC。支持三 ADC 模式,采样率最高 6 MSPS
  • 2 12 DAC
  • 1 个温度传感器
  • 1 个内部参考电压源
  • 1 VBAT 电源电阻分压器(分压器输出在片内与 ADC 相连,实现 VBAT 电源电压监控)

  • ID 标识

  • 每颗芯片提供一个唯一的96 ID 标识

  • 调试及跟踪接口

  • SW-DP 两线调试端口
  • JTAG 五线调试端口
  • ARM DWTFPBITMTPIU 调试追踪模块
  • 单线异步跟踪数据输出接口(TRACESWO
  • 四线同步跟踪数据输出接口(TRACED[3:0]TRACECK
  • 自定义DBGMCU 调试控制器(低功耗模式仿真控制、调试外设时钟控制、调试及跟踪接口分配)。

  • 可靠性

  • 通过CDM 1750V/LU 200mA/HBM 3500V 等级测试
  • *本文章从航顺芯片官方公众号搬运*


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