在所有的電子系統(tǒng)中，電池系統(tǒng)無疑是大家都密切關(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，可以說是一套完整的，集管理、控制、監(jiān)測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)，實時采集電池組運行過程中的重要信息，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)鍵問題。

采集器中的關(guān)鍵芯片AFE，這一塊國內(nèi)起步較晚，從市場格局來看基本被國外大廠壟斷，尤其是車規(guī)級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，是目前市場上通用的主流選擇。模擬前端芯片整體上和BMS類芯片被國內(nèi)大廠壟斷的格局類似，近年來由于半導(dǎo)體市場整體缺貨，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題。特別是車載應(yīng)用，很難脫離這些芯片，畢竟在汽車惡劣的浪涌脈沖挑戰(zhàn)下，如果前端設(shè)計不好，后面的設(shè)計也無從談起。

在國際大廠供貨極度缺乏的形勢下，同時受益于一系列政策的影響，國內(nèi)不少廠商推出了相應(yīng)的BMS模擬前端替代產(chǎn)品。現(xiàn)階段，國內(nèi)終端廠商、鋰電廠商都對BMS AFE芯片的國產(chǎn)替代有著強烈需求。那BMS模擬前端芯片國內(nèi)實力幾何？

國產(chǎn)BMS模擬前端

總的來看，國內(nèi)BMS模擬前端芯片在車規(guī)級應(yīng)用上目前尚未形成競爭力。而在消費電子和工業(yè)領(lǐng)域，國產(chǎn)芯片勢頭正猛，已經(jīng)出現(xiàn)了非常多國產(chǎn)品牌。

CHIPWAYS

CHIPWAYS的多節(jié)電池組監(jiān)控器BMS AFE芯片XL8812系列是國內(nèi)少有的同時滿足AEC-Q100和ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的汽車級BMS AFE芯片。XL8812系列可測量4～12節(jié)串聯(lián)電池，同時還支持多個芯片的串聯(lián)。

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

新唐科技

KA84923UA、KA84933UA、KA84939UA，新唐科技的三款車用BMS AFE，使用獨有的SOI工藝，將器件，功能區(qū)隔離，實現(xiàn)完全冗余的測量系統(tǒng)。再加上冗余性高的通訊結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)安全性和信賴性高的系統(tǒng)，適用于 ISO26262 ASIL-D 的車用電池系統(tǒng)。
系列配置16bits ADC，最高支持20串電池單元，測量精度小于1.5mV，為實現(xiàn)功能安全而使用了冗余測量。高精度的電壓測量不僅可以延長續(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系列動力電源BMS模擬前端芯片，系列共五個料號，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充電保護(hù)、過放電保護(hù)、溫度保護(hù)、充放電過流保護(hù)、短路保護(hù)、二次過充電保護(hù)等硬件保護(hù)功能，并集成了平衡開關(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)量可能會不夠用，畢竟除了采集外部的NTC，板內(nèi)還會有一些模擬信號，溫度采樣通道可能會比較緊張。另外，該系列低功耗設(shè)計得很不錯，正常模式下小于70uA，PowerDown模式下小于1uA的功耗競爭力足夠。

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)置硬件對電池過壓欠壓、電流過充過放、短路、過溫保護(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集成了電池均衡線路可以優(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系列是采用車規(guī)級高壓BCD工藝設(shè)計的多節(jié)BMS AFE。因為內(nèi)置了24路被動電池均衡驅(qū)動電路，上位機可以同時打開所有電池均衡，而不用擔(dān)心影響芯片測量和硬件保護(hù)功能。

此外，還有矽力杰、芯海科技、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。

國產(chǎn)BMS AFE性能對比

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

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

寫在最后

BMS中的模擬前端芯片是消費電子、工業(yè)控制、新能源汽車領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵元器件，雖然在汽車動力電池領(lǐng)域仍舊極度依賴于進(jìn)口模擬前端芯片，但在消費電子和工業(yè)控制領(lǐng)域市場上已經(jīng)涌現(xiàn)出非常多的國產(chǎn)品牌芯片，只是在車規(guī)級BMS AFE芯片上國產(chǎn)品牌形成競爭力還需時日。