在所有的電子系統(tǒng)中，電池系統(tǒng)無(wú)疑是大家都密切關(guān)注的。電池系統(tǒng)包括可充電電池本身鋰離子電池以及電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)又下分了很多子系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)既要能夠大幅度提高電池的使用率，也要對(duì)電池的安全性負(fù)責(zé)。

電池管理系統(tǒng)中采集器與控制器是兩大核心，在采集器這一塊上目前基本上都使用集成AFE，只有少數(shù)還在使用很早的分立元件采樣電路。采集器中，模擬前端芯片是相當(dāng)重要的一環(huán)，用來(lái)采集電芯電壓和溫度等。

BMS模擬前端的重要性

電池管理系統(tǒng)作為連接電池組和產(chǎn)品其它部件的重要模塊，可以說(shuō)是一套完整的，集管理、控制、監(jiān)測(cè)為一身的軟硬件綜合系統(tǒng)。采集器在電池包內(nèi)部，監(jiān)控電池的狀態(tài)，實(shí)時(shí)采集電池組運(yùn)行過(guò)程中的重要信息，與外部設(shè)備如控制器交換信息，解決鋰電池系統(tǒng)中安全性、可用性、易用性、使用壽命等關(guān)鍵問(wèn)題。

采集器中的關(guān)鍵芯片AFE，這一塊國(guó)內(nèi)起步較晚，從市場(chǎng)格局來(lái)看基本被國(guó)外大廠壟斷，尤其是車(chē)規(guī)級(jí)BMS AFE。ADI的LTC9811、LTC6813，TI的BQ79606、BQ796112、BQ79656，NXP的MC33771、MC33772以及ST的L9963系列、瑞薩的ISL786系列，是目前市場(chǎng)上通用的主流選擇。模擬前端芯片整體上和BMS類(lèi)芯片被國(guó)內(nèi)大廠壟斷的格局類(lèi)似，近年來(lái)由于半導(dǎo)體市場(chǎng)整體缺貨，BMS模擬前端同樣一芯難求，例如TI的BQ系列截至目前仍舊顯示缺貨狀態(tài)。

在這些主流國(guó)外大廠大熱的BMS AFE中，可以看到，BMS模擬前端在芯片層面解決了相當(dāng)一部分的系統(tǒng)穩(wěn)定性和功能安全的問(wèn)題。特別是車(chē)載應(yīng)用，很難脫離這些芯片，畢竟在汽車(chē)惡劣的浪涌脈沖挑戰(zhàn)下，如果前端設(shè)計(jì)不好，后面的設(shè)計(jì)也無(wú)從談起。

在國(guó)際大廠供貨極度缺乏的形勢(shì)下，同時(shí)受益于一系列政策的影響，國(guó)內(nèi)不少?gòu)S商推出了相應(yīng)的BMS模擬前端替代產(chǎn)品。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)終端廠商、鋰電廠商都對(duì)BMS AFE芯片的國(guó)產(chǎn)替代有著強(qiáng)烈需求。那BMS模擬前端芯片國(guó)內(nèi)實(shí)力幾何？

國(guó)產(chǎn)BMS模擬前端

總的來(lái)看，國(guó)內(nèi)BMS模擬前端芯片在車(chē)規(guī)級(jí)應(yīng)用上目前尚未形成競(jìng)爭(zhēng)力。而在消費(fèi)電子和工業(yè)領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)芯片勢(shì)頭正猛，已經(jīng)出現(xiàn)了非常多國(guó)產(chǎn)品牌。

CHIPWAYS

CHIPWAYS的多節(jié)電池組監(jiān)控器BMS AFE芯片XL8812系列是國(guó)內(nèi)少有的同時(shí)滿(mǎn)足AEC-Q100和ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的汽車(chē)級(jí)BMS AFE芯片。XL8812系列可測(cè)量4～12節(jié)串聯(lián)電池，同時(shí)還支持多個(gè)芯片的串聯(lián)。

XL8812系列配置了2路獨(dú)立16位ΣΔ ADC，據(jù)官網(wǎng)資料12節(jié)測(cè)量精度在1.5mV，測(cè)量時(shí)間250us。這個(gè)測(cè)量精度即便對(duì)比國(guó)際大廠的主流車(chē)規(guī)級(jí)AFE測(cè)量精度也不差。高精度之外是低功耗的設(shè)計(jì)，整個(gè)系列最低電流3uA，另外運(yùn)用更加優(yōu)化的算法提供更準(zhǔn)確的測(cè)量和更先進(jìn)的電池容量平衡功能。

新唐科技

KA84923UA、KA84933UA、KA84939UA，新唐科技的三款車(chē)用BMS AFE，使用獨(dú)有的SOI工藝，將器件，功能區(qū)隔離，實(shí)現(xiàn)完全冗余的測(cè)量系統(tǒng)。再加上冗余性高的通訊結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)安全性和信賴(lài)性高的系統(tǒng)，適用于 ISO26262 ASIL-D 的車(chē)用電池系統(tǒng)。
系列配置16bits ADC，最高支持20串電池單元，測(cè)量精度小于1.5mV，為實(shí)現(xiàn)功能安全而使用了冗余測(cè)量。高精度的電壓測(cè)量不僅可以延長(zhǎng)續(xù)航里程，因精度的保證范圍寬，鋰電池使用效率也能得到提高。

中穎電子

中穎電子的SH36730x系列動(dòng)力電源BMS模擬前端芯片，系列共五個(gè)料號(hào)，支持不同的Cell數(shù)，最高可支持16串。10串以下的模擬前端采用了12bits ADC采集電壓溫度，13bits Σ-ΔADC采集電流；10串以下的模擬前端采用了13bits ADC采集電壓溫度，16bits Σ-ΔADC采集電流。這些BMS模擬前端芯片都提供了過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、溫度保護(hù)、充放電過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、二次過(guò)充電保護(hù)等硬件保護(hù)功能，并集成了平衡開(kāi)關(guān)提高電芯一致性。

值得注意的是，在大于10節(jié)的模擬前端中兩款中，采集溫度的通道與電壓通道數(shù)量比值是3：14和3：16，溫度通道數(shù)量可能會(huì)不夠用，畢竟除了采集外部的NTC，板內(nèi)還會(huì)有一些模擬信號(hào)，溫度采樣通道可能會(huì)比較緊張。另外，該系列低功耗設(shè)計(jì)得很不錯(cuò)，正常模式下小于70uA，PowerDown模式下小于1uA的功耗競(jìng)爭(zhēng)力足夠。

奇力科技

內(nèi)置12bits ADC的VAS5118、內(nèi)置14bits ADC的VAS5120，奇力科技的BMS AFE內(nèi)置硬件對(duì)電池過(guò)壓欠壓、電流過(guò)充過(guò)放、短路、過(guò)溫保護(hù)形成微處理器軟件管理之外的保護(hù)。系列精度在2mV，最大功耗在1.5uA。AFE集成了電池均衡線(xiàn)路可以?xún)?yōu)化電池效能與壽命，可支持 2-wires非隔離通信或者3-wires隔離通信，提供了極大的彈性。

集澈電子

集澈電子的DVC10XX系列BMS AFE，電壓傳感通道集成15bits ΣΔADC，電流傳感通道集成16bits ΣΔADC。據(jù)悉，DVC10xx系列是采用車(chē)規(guī)級(jí)高壓BCD工藝設(shè)計(jì)的多節(jié)BMS AFE。因?yàn)閮?nèi)置了24路被動(dòng)電池均衡驅(qū)動(dòng)電路，上位機(jī)可以同時(shí)打開(kāi)所有電池均衡，而不用擔(dān)心影響芯片測(cè)量和硬件保護(hù)功能。

此外，還有矽力杰、芯?？萍?/u>、賽微微電子、華泰半導(dǎo)體等企業(yè)也在BMS AFE芯片上有所布局。

國(guó)產(chǎn)BMS AFE性能對(duì)比

國(guó)外廠商，數(shù)據(jù)來(lái)源：各企業(yè)官網(wǎng)數(shù)據(jù)

對(duì)比國(guó)內(nèi)外BMS AFE性能，要承認(rèn)在性能上國(guó)內(nèi)BMS AFE廠商還是有差距的，從ADI和TI的產(chǎn)品性能上看，即便是整個(gè)模擬前端的測(cè)量總誤差也不超過(guò)1.2mV，這還是沒(méi)有考慮通信系統(tǒng)是否穩(wěn)健。如果只看車(chē)規(guī)級(jí)應(yīng)用BMS AFE，那國(guó)內(nèi)涉及該類(lèi)別的廠商更少。BMS AFE芯片技術(shù)難度高、附加價(jià)值也高，而且功能安全需要達(dá)到ASIL-D級(jí)，這導(dǎo)致BMS芯片需要設(shè)計(jì)冗余，以保證失效模式的覆蓋率，進(jìn)一步加大了芯片的設(shè)計(jì)難度。

國(guó)內(nèi)廠商目前能提供的車(chē)規(guī)級(jí)BMS AFE不多，從各官網(wǎng)提供的資料性能對(duì)比來(lái)看，ADC配置上的稍有不同，但在精度上目前是都還不錯(cuò)，但同樣面臨產(chǎn)能緊張或者性能不穩(wěn)定等因素。國(guó)內(nèi)BMS AFE芯片，一般在消費(fèi)電子、小儲(chǔ)能上面先用，到一定的應(yīng)用量，進(jìn)一步解決芯片的穩(wěn)定性的問(wèn)題再往工業(yè)，再往汽車(chē)上靠。

寫(xiě)在最后

BMS中的模擬前端芯片是消費(fèi)電子、工業(yè)控制、新能源汽車(chē)領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵元器件，雖然在汽車(chē)動(dòng)力電池領(lǐng)域仍舊極度依賴(lài)于進(jìn)口模擬前端芯片，但在消費(fèi)電子和工業(yè)控制領(lǐng)域市場(chǎng)上已經(jīng)涌現(xiàn)出非常多的國(guó)產(chǎn)品牌芯片，只是在車(chē)規(guī)級(jí)BMS AFE芯片上國(guó)產(chǎn)品牌形成競(jìng)爭(zhēng)力還需時(shí)日。