BMS芯片主要厂商在欧美
在BMS芯片中,可供选择的AFE并不多。我们能接触到的AFE内部结构大同小异,不同点在于采样通道数、内部ADC的数量、类型和架构。
AFE的主要供应商有ADI、TI、ST、松下、NXP和瑞萨。其中ADI的产品线主要来自收购的凌力尔特和美信(2019年,ADI收购凌力尔特后,和通用汽车等整车企业合作研发无线 BMS,推出了无线 BMS 系统与平台,在电池生产至回收的全周期内检测电池数据并分析,使动力电池价值最大化),瑞萨的产品主要来自收购来的Intersil。AFE产品的供应商主要是国外的企业,国内目前没看到有哪家厂商提供AFE芯片。
从MCU方面来看,供应商主要有TI、ST、NXP、英飞凌、瑞萨等。目前国内也有很多MCU厂商都在积极布局车规级产品,如中颖电子、兆易创新、北京君正、芯海科技、国民技术、紫光国微、纳思达、乐鑫科技、博通集成、复旦微电、上海贝岭、晶丰明源等等。
在ADC方面,目前主要的供应商有TI、ADI、ST、瑞萨等,多数是美国厂商,ST虽然有,但产品系列比较少。国内主要有上海贝岭、思瑞浦、圣邦股份、芯海科技。
在数字隔离方面,主要用在高低压之间的数字通信,比如在BMS主控板上的高压采样与MCU之间的SPI通信,以及采样板AFE与MCU的SPI通信。主要供应商有ADI、TI、Silicon Labs等。当然,除了使用数字隔离器外,也可以使用光耦、或者变压器隔离方案。
比较有代表性的BMS芯片
TI高精度电池监控、平衡、保护器
汽车电气化呈不可逆转之势快速发展,BMS系统成为首要核心问题。TI在电动汽车BMS领域颇有建树,先后发布了符合ASIL D标准的有线BMS和无线BMS解决方案,领先业界。
ST L9963E电池监测保护芯片
意法半导体(ST)引领半导体市场多年,芯片应用横跨多个领域,也成为了汽车芯片的主要供应商。在汽车领域,为满足市场及设计需求,推出了L9963E电池监测保护芯片,旨在解决全球包括中国电动汽车共同面临的电池管理系统设计难题。新产品采用一个独特的架构,能够测量4到14个串联电池单体,样本信号之间解除同步没有任何延迟,测试结果证明,虽然可以菊链式连接 31个L9963E,但是整链延迟仍然不到 4 s。
L9963E 的电压测量准确度非常高,最大误差为 ±2 mV,同时还能测量电流,了解每个电池单体的实际容量。此外,该产品的架构确保每个电池单体都有专门的资源用于处理芯片监测到的电数据,而市面同类产品通常在电池单体之间共享数据处理资源。通过为每个单体提供专用处理资源,我们可以提供同步读数,并可以避免因解除同步而引起的延迟。在菊链式网络结构内,L9963E 还可以通过串行总线通信,带宽达到2.66 Mbps,而业内带宽大多数都徘徊在 1 Mbps 左右。因此,读取和处理 434 个电池单体需要 4 毫秒到 16 毫秒。
EVAL-L9963E-MCU
随着电动汽车变得越便宜,成本制约因素变得越重要。功能强大但价格太高的芯片会失去大部分吸引力。与众不同的是,L9963E提供丰富的功能,但是没有增加裸片尺寸,继续保持成本效益。此外,传统的 BMS芯片要求每个电池单体必须并联一个外部齐纳二极管。在组装过程中,系统无法知道哪个电池单体第一个接触连接器,而且,这始终是一个随机事件,因此,每个电池单体上的齐纳二极管都要保护电池管理芯片。L9963E采用热插拔和稳健架构,工程师可以不用这些齐纳二极管,从而简化了印刷电路板布局,降低了总体成本。
ADI 12路电池监视器
据ADI官网显示,早在2008年就推出了第一款集成式高压电池堆栈监控器,至今已经迭代更新到第四代,第五代产品还在研发阶段。
LTC6811-1框架图 图源:ADI
LTC6811-1是ADI的第四代BMS IC,是一款电池组监视器,最高可对12个串联电池进行电压检测,测量精度比ST L9963更高,总测量误差小于1.2mV,完成12节的电池检测仅需290μs。LTC6811-1可将多节电池串联起来,因此该芯片可在高电压的电池串中完成电池状态实时监测。该芯片给还具有ISOSPI接口,可实现与器件之间高速的远程通信。LTC6811-1能将12组电池通过菊花链连接,实现多通道通信的功能,监测电池状态,并根据电池当前状态进行暂停和启动操作,该芯片采用隔离式电源供电。
英飞凌 多通道电池监控和均衡系统 IC
英飞凌推出的电池管理IC包括 TLE9012DQU 和 TLE9015DQU 两个型号,为电池监控和均衡提供经过优化的解决方案。新电池管理IC可实现更高的测量精度与卓越的应用鲁棒性,为电池模块、无模组电池技术及电池底盘一体化技术的电池拓扑结构提供系统解决方案,可让汽车电池管理系统(BMS)解决方案能够达到汽车功能安全最高等级ASIL-D的要求,并符合ISO26262标准。
英飞凌的这套IC产品适用于工业级、消费级和汽车级应用,如轻度混合动力电动汽车(MHEV)、混合动力电动汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)和纯电动汽车(BEV),以及储能系统、两轮和三轮电动车的电池管理系统等应用,该IC系列产品包括TLE9012DQU和TLE9015DQU两个型号。
其中,TLE9012DQU是一款多通道电池监控和均衡系统芯片,能够进行高度精确的电压测量,以便估算电池充电状态(SoC)和电池健康状态(SoH),这也是所有电池管理系统都必须满足的关键要求。
TLE9015DQU是一款电池监控收发器芯片,用于将锂电池里的多个TLE9012AQU以菊花链结构连接起来。通过两对UART和iso UART接口可支持环型通信,降低成本并提高系统的效率。通过集成故障管理单元,该模块还可实现双向信息流。