一、引言

隨著能源存儲(chǔ)技術(shù)的飛速發(fā)展，儲(chǔ)能柜系統(tǒng)在全球能源管理領(lǐng)域扮演著愈發(fā)關(guān)鍵的角色。電池管理系統(tǒng)（BMS）作為儲(chǔ)能柜的核心組件，承擔(dān)著電池監(jiān)測(cè)、保護(hù)與管理的重任，其性能優(yōu)劣直接影響儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全、效率與壽命。在BMS系統(tǒng)中，各組件間高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信至關(guān)重要，而CANFD（Controller Area Network with Flexible Data-rate）總線因兼具高速數(shù)據(jù)傳輸、高可靠性及強(qiáng)實(shí)時(shí)性等優(yōu)勢(shì)，成為儲(chǔ)能柜 BMS 系統(tǒng)通信的優(yōu)選方案。長(zhǎng)期以來，國(guó)外芯片廠商在CANFD芯片市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，但近年來，以國(guó)科安芯推出的ASM1042芯片為代表的國(guó)產(chǎn)CANFD芯片嶄露頭角，為儲(chǔ)能柜BMS系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)替代帶來曙光。本文將深入探討在儲(chǔ)能柜BMS系統(tǒng)中應(yīng)用國(guó)產(chǎn)CANFD芯片ASM1042的優(yōu)勢(shì)、實(shí)踐與前景。

二、儲(chǔ)能柜BMS系統(tǒng)通信需求分析

儲(chǔ)能柜系統(tǒng)通常由多個(gè)電池模組構(gòu)成，BMS需要對(duì)每個(gè)模組的電壓、電流、溫度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)均衡控制、充放電管理以及故障診斷等功能。在分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)中，多個(gè)儲(chǔ)能柜協(xié)同工作，BMS間通信更是不可或缺。CANFD總線相比傳統(tǒng)CAN總線，數(shù)據(jù)傳輸速率大幅提升，在儲(chǔ)能柜BMS系統(tǒng)中可滿足高數(shù)據(jù)量、快速響應(yīng)的通信需求，確保電池狀態(tài)信息及時(shí)準(zhǔn)確傳遞，助力BMS實(shí)時(shí)調(diào)控，保障儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行。

三、國(guó)產(chǎn)CANFD芯片ASM1042在儲(chǔ)能柜BMS系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

（一）芯片技術(shù)特性解析

認(rèn)證與標(biāo)準(zhǔn)契合度

AEC-Q100Grade1認(rèn)證 ：ASM1042芯片通過AEC-Q100 Grade1認(rèn)證，該認(rèn)證針對(duì)車載電子元件，要求芯片在嚴(yán)苛環(huán)境下具備高可靠性與穩(wěn)定性，歷經(jīng)高溫、低溫、濕度等多項(xiàng)嚴(yán)苛測(cè)試。這意味著芯片能夠在極端溫度條件下保持正常工作，確保在儲(chǔ)能系統(tǒng)的各種應(yīng)用場(chǎng)景中，包括戶外高溫環(huán)境或寒冷地區(qū)，都能穩(wěn)定運(yùn)行。

ISO11898標(biāo)準(zhǔn)遵循 ：嚴(yán)格遵循ISO11898-2:2016和ISO11898-5:2007物理層標(biāo)準(zhǔn)，確保在CANFD網(wǎng)絡(luò)通信中信號(hào)傳輸規(guī)范、精準(zhǔn)，可與遵循同標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備無縫對(duì)接。這種標(biāo)準(zhǔn)遵循性使得芯片在不同廠商的系統(tǒng)中具有良好的兼容性，便于在復(fù)雜的儲(chǔ)能系統(tǒng)集成中使用。

電氣性能

數(shù)據(jù)傳輸速率 ：ASM1042支持高達(dá)5Mbps的數(shù)據(jù)速率，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)CAN總線的1Mbps。在實(shí)際的儲(chǔ)能系統(tǒng)中，這意味著可以更快地傳輸電池的電壓、電流、溫度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。例如，在一個(gè)大型儲(chǔ)能系統(tǒng)中，可能有數(shù)百個(gè)電池模組，每個(gè)模組都需要實(shí)時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)，5Mbps的高速數(shù)據(jù)傳輸速率可以確保這些數(shù)據(jù)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地傳輸?shù)紹MS控制單元，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

I/O電壓范圍 ：其I/O電壓范圍支持3.3V和5VMCU，給予系統(tǒng)設(shè)計(jì)者更多選擇靈活性，便于與不同電壓等級(jí)的微控制單元集成。收發(fā)器共模輸入電壓可達(dá)±30V，寬泛的電壓適應(yīng)范圍使其在復(fù)雜電磁環(huán)境下，能穩(wěn)定接收與發(fā)送信號(hào)，避免因電壓波動(dòng)引發(fā)通信中斷。這對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)中的各種電力電子設(shè)備共存的復(fù)雜電磁環(huán)境來說至關(guān)重要。

保護(hù)特性

ESD保護(hù) ：芯片具備IECESD保護(hù)能力高達(dá)±15kV，可抵御靜電放電產(chǎn)生的高瞬態(tài)電壓沖擊，保護(hù)芯片內(nèi)部電路免受損害。在儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際安裝和維護(hù)過程中，工作人員的操作可能會(huì)導(dǎo)致靜電的產(chǎn)生，這種保護(hù)特性可以有效地防止靜電對(duì)芯片的損壞。

總線故障保護(hù) ：總線故障保護(hù)電壓范圍高達(dá)±70V，能有效防止因總線短路、過壓等異常情況導(dǎo)致芯片損壞，提升系統(tǒng)可靠性。在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，由于電池本身的高電壓特性，可能會(huì)出現(xiàn)總線上的異常電壓，這種保護(hù)特性可以確保芯片在異常情況下的安全。

欠壓保護(hù)與熱關(guān)斷保護(hù) ：VCC和VIO（僅限V型號(hào)）電源終端具有欠壓保護(hù)功能，當(dāng)電源電壓低于閾值時(shí)，芯片自動(dòng)進(jìn)入保護(hù)模式，防止異常工作。同時(shí)配備熱關(guān)斷保護(hù)，當(dāng)芯片溫度過高時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路，減小驅(qū)動(dòng)電流，降低芯片溫度，避免熱損傷，保障系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。在儲(chǔ)能系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中，可能會(huì)出現(xiàn)電源波動(dòng)或散熱不良的情況，這些保護(hù)特性可以有效地延長(zhǎng)芯片的使用壽命。

低功耗與待機(jī)模式

低功耗待機(jī) ：ASM1042具備低功耗待機(jī)模式及遠(yuǎn)程喚醒請(qǐng)求特性。在儲(chǔ)能柜系統(tǒng)待機(jī)時(shí)，可大幅降低能耗，延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命。這對(duì)于一些需要長(zhǎng)期待機(jī)的儲(chǔ)能系統(tǒng)來說非常重要，可以減少系統(tǒng)的整體能耗。

快速喚醒 ：待機(jī)狀態(tài)下，一旦檢測(cè)到總線活動(dòng)或特定喚醒信號(hào)，芯片能迅速恢復(fù)工作狀態(tài)，及時(shí)響應(yīng)系統(tǒng)通信需求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能與高效并重。這種快速喚醒特性可以確保在系統(tǒng)需要快速響應(yīng)的情況下，芯片能夠及時(shí)進(jìn)入工作狀態(tài)，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

電磁兼容性（EMC）

支持國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ：ASM1042支持SAEJ2962-2和IEC62228-3（最高500kbps）且無需共模扼流圈，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)成本與復(fù)雜度。這對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的制造商來說，可以減少在電磁兼容性設(shè)計(jì)上的投入，同時(shí)確保系統(tǒng)的電磁兼容性。

抗干擾能力 ：在復(fù)雜電磁環(huán)境中，芯片對(duì)外電磁干擾小，自身抗干擾能力強(qiáng)，保障通信質(zhì)量。在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，各種電力電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，這種抗干擾能力可以確保芯片在復(fù)雜的電磁環(huán)境中穩(wěn)定工作。

可靠性與耐用性

高品質(zhì)材料 ：該芯片在設(shè)計(jì)與制造過程中，充分考量工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的嚴(yán)苛要求，選用高品質(zhì)半導(dǎo)體材料，經(jīng)過多道嚴(yán)格工藝流程，打造出高可靠性的產(chǎn)品。這種高品質(zhì)的材料和嚴(yán)格的工藝可以確保芯片在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。

適應(yīng)各種環(huán)境 ：無論是面對(duì)持續(xù)的高溫、低溫、潮濕環(huán)境，還是頻繁的振動(dòng)、沖擊等機(jī)械應(yīng)力，都能穩(wěn)定工作，減少因芯片故障引發(fā)的系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間，為儲(chǔ)能系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)支撐。這對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的各種應(yīng)用場(chǎng)景，包括戶外、工業(yè)環(huán)境等都非常重要。

（二）在儲(chǔ)能柜BMS系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

性能提升

快速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)際意義 ：在儲(chǔ)能柜BMS系統(tǒng)中，眾多電池傳感器實(shí)時(shí)采集大量數(shù)據(jù)，如電池單體電壓、溫度、電流波形等。ASM1042的5Mbps高速數(shù)據(jù)傳輸速率，使得這些數(shù)據(jù)能迅速?gòu)膫鞲衅鱾鬏斨罛MS控制單元。例如，在一個(gè)大型儲(chǔ)能系統(tǒng)中，可能有數(shù)千個(gè)電池單體，每個(gè)單體都需要實(shí)時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)，5Mbps的高速數(shù)據(jù)傳輸速率可以確保這些數(shù)據(jù)能夠在短時(shí)間內(nèi)傳輸完成?？刂茊卧?jīng)過快速分析處理后，又能及時(shí)將控制指令發(fā)送至各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池充放電過程的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)調(diào)控，提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，優(yōu)化電池充放電效率，延長(zhǎng)電池壽命。

高精度信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)際意義 ：其±30V的共模輸入電壓范圍與嚴(yán)格的物理層標(biāo)準(zhǔn)遵循，確保在復(fù)雜電磁環(huán)境下，信號(hào)傳輸失真小、精度高。對(duì)于電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)而言，精準(zhǔn)的信號(hào)傳輸意味著能更精確地判斷電池健康狀態(tài)。例如，在電池的充放電過程中，電壓、電流和溫度的微小變化都可能影響電池的壽命和安全性，精準(zhǔn)的信號(hào)傳輸可以確保這些微小變化能夠被準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障隱患，提前采取措施，增強(qiáng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性與可靠性。

系統(tǒng)集成便利性

電壓兼容性帶來的優(yōu)勢(shì) ：支持3.3V和5VMCU的I/O電壓范圍，使芯片能與市面上主流的各類微控制單元便捷對(duì)接。在儲(chǔ)能柜BMS系統(tǒng)升級(jí)或改造過程中，無需大規(guī)模更換MCU，只需選用適配的ASM1042芯片，即可實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的升級(jí)優(yōu)化，降低系統(tǒng)集成成本與技術(shù)門檻。例如，一個(gè)現(xiàn)有的儲(chǔ)能系統(tǒng)可能使用的是3.3V的MCU，在進(jìn)行升級(jí)時(shí)，可以直接使用ASM1042芯片，而不需要更換MCU，從而節(jié)省了成本和時(shí)間。

小型封裝帶來的優(yōu)勢(shì) ：采用SOIC8封裝形式，體積小巧，便于在儲(chǔ)能柜BMS系統(tǒng)的有限空間內(nèi)進(jìn)行布局安裝。在緊湊的電池模組內(nèi)部，小型化的芯片封裝有助于簡(jiǎn)化電路板設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)集成度，增強(qiáng)系統(tǒng)的整體可靠性。這對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的制造商來說，可以更靈活地設(shè)計(jì)系統(tǒng)的布局，提高系統(tǒng)的整體性能。

成本效益

與國(guó)外同類CANFD芯片相比，ASM1042作為國(guó)產(chǎn)芯片，在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)成本控制更具優(yōu)勢(shì)。其市場(chǎng)價(jià)格相對(duì)較低，且隨著國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大與技術(shù)成熟度提升，成本有望進(jìn)一步下降。例如，國(guó)外同類型芯片的價(jià)格可能是ASM1042的數(shù)倍，這對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的制造商來說，可以顯著降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，國(guó)產(chǎn)芯片的供應(yīng)鏈穩(wěn)定性較高，可以減少因國(guó)外芯片供應(yīng)不足導(dǎo)致的生產(chǎn)延遲等問題，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。

自主可控與信息安全

在國(guó)際貿(mào)易形勢(shì)復(fù)雜多變的當(dāng)下，采用國(guó)產(chǎn)ASM1042芯片可降低對(duì)國(guó)外芯片供應(yīng)商的依賴，實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)自主可控。對(duì)于涉及國(guó)家安全與關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的儲(chǔ)能項(xiàng)目，如電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能、數(shù)據(jù)中心儲(chǔ)能等，國(guó)產(chǎn)芯片的應(yīng)用有助于保障信息安全。例如，在電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，如果使用國(guó)外芯片，可能會(huì)存在芯片后門等安全風(fēng)險(xiǎn)，而使用國(guó)產(chǎn)芯片則可以避免這種風(fēng)險(xiǎn)，確保國(guó)家能源安全。

（三）在儲(chǔ)能柜BMS系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

數(shù)據(jù)傳輸方面 ：在電池充放電高峰期，系統(tǒng)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)交互需求，ASM1042芯片憑借5Mbps的高速數(shù)據(jù)傳輸能力，可確保從控BMS將電池電壓、溫度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)無損傳輸至主控BMS。例如，在一個(gè)有100個(gè)電池模組的儲(chǔ)能系統(tǒng)中，每個(gè)模組每秒產(chǎn)生10KB的數(shù)據(jù)，5Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率可以確保這些數(shù)據(jù)能夠在短時(shí)間內(nèi)傳輸完成。主控BMS依據(jù)這些數(shù)據(jù)快速做出充放電策略調(diào)整，有效避免了電池過充過放，電池壽命較以往采用傳統(tǒng)CAN芯片的系統(tǒng)延長(zhǎng)了約15%。

環(huán)境適應(yīng)性方面 ：儲(chǔ)能柜安裝在戶外環(huán)境，面臨較大的溫差與電磁干擾。例如，在寒冷的冬季和炎熱的夏季，在強(qiáng)電磁干擾的工業(yè)廠站附近，ASM1042芯片憑借其優(yōu)異的EMC性能，可將通信誤碼率始終低于0.01%，保障了儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻功能，提升電網(wǎng)穩(wěn)定性。

系統(tǒng)集成方面 ：在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，可以直接將ASM1042芯片與MCU進(jìn)行連接，而不需要添加額外的電平轉(zhuǎn)換電路，從而減少了電路板的復(fù)雜度和生產(chǎn)成本。且國(guó)產(chǎn)芯片的采購(gòu)周期較短，供應(yīng)鏈穩(wěn)定性高，使得該儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商能夠按時(shí)交付項(xiàng)目，滿足市場(chǎng)需求。

四、未來展望

隨著儲(chǔ)能市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大與技術(shù)不斷進(jìn)步，對(duì)CANFD芯片的需求將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。國(guó)產(chǎn)ASM1042芯片憑借其卓越性能、高可靠性和成本優(yōu)勢(shì)，在儲(chǔ)能柜BMS系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程中已邁出堅(jiān)實(shí)步伐。未來，國(guó)產(chǎn)CANFD芯片產(chǎn)業(yè)有望在技術(shù)創(chuàng)新、市場(chǎng)拓展與生態(tài)建設(shè)等方面取得更大突破：

技術(shù)創(chuàng)新方面 ：持續(xù)優(yōu)化芯片架構(gòu)，探索新型半導(dǎo)體材料應(yīng)用，有望實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸速率、功耗、抗干擾能力等關(guān)鍵性能指標(biāo)的跨越提升。例如，通過采用更先進(jìn)的制造工藝，可以進(jìn)一步提高芯片的數(shù)據(jù)傳輸速率，降低功耗。同時(shí)，加強(qiáng)與學(xué)術(shù)界的合作，開展前沿技術(shù)研究，為芯片的長(zhǎng)期發(fā)展提供技術(shù)支持。

市場(chǎng)拓展方面 ：隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)廠商對(duì)國(guó)產(chǎn)芯片認(rèn)知度與信任度不斷提高，國(guó)產(chǎn)芯片市場(chǎng)份額將逐步擴(kuò)大，打破國(guó)外壟斷格局。例如，通過舉辦技術(shù)研討會(huì)、產(chǎn)品展示會(huì)等活動(dòng)，向儲(chǔ)能系統(tǒng)廠商展示國(guó)產(chǎn)芯片的優(yōu)勢(shì)，提高市場(chǎng)認(rèn)知度。同時(shí)，加強(qiáng)與國(guó)際廠商的合作，拓展海外市場(chǎng)，提高國(guó)產(chǎn)芯片的國(guó)際影響力。

產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)方面 ：國(guó)內(nèi)有望形成涵蓋芯片研發(fā)、制造、應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)從芯片到系統(tǒng)的全自主可控。例如，加強(qiáng)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)與制造企業(yè)的合作，建立穩(wěn)定的供應(yīng)鏈。同時(shí)，促進(jìn)芯片與儲(chǔ)能系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備等應(yīng)用廠商的對(duì)接，打造完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

審核編輯 黃宇