这款“硬核”模拟前端,让BMS事半功倍

BMS主要作用包括:估测电池的荷电状态,检测电池的使用状态,管控电池的循环寿命,在充电过程中对电池的热管理,启停锂电池的冷却系统,同时也管理单体电池之间的均衡,防止单体电池过充过放产生危险;另外,监测整个电池的健康工作状态。

通过BMS能够更加有效地控制和管理电动汽车电池,让每一个电池工作在可运行的区间范围内,避免电池的过充过放和热失控问题发生。
模拟前端非常重要

测量电池电压非常复杂。电动汽车的电池系统一般由成百上千的电芯组成,需要用专用的模拟前端芯片(Analog Front End)精确监测每一个电芯的电压和温度,以实现整个电池系统的高性能、长寿命以及安全运行。这要求AFE必须具有高精度的测量能力(包括电压、电流以及温度)和良好的均衡能力,让BMS系统精确计算SOC/SOH以及配合使用合理的均衡策略,在安全的前提下,最大限度存储或使用电池包的能量,最大限度提高续航里程。

为满足所有这些苛刻的设计要求,ST推出一款先进的电池管理系统解决方案。该方案主要包括支持ASIL D系统开发的PowerPC架构MCU, SBC(System Basis Chips,系统基础芯片)L9396,多路高低边驱动,以及ST最新一代的专用模拟前端芯片L9963。

MCU作为整个系统的大脑,主要负责整个系统策略和算法的执行;SBC主要给MCU以及板内各个模块供电以及实现安全监控的功能;多路高低边芯片主要实现高压接触器的控制,比如主正、主负、预充等等。

灵魂角色L9963

灵魂角色L9963是用于高可靠性汽车应用和储能系统的锂离子电池监视和保护芯片,最多可以监视14个堆叠的电池,以满足48 V和更高电压系统的要求。

L9963对每个电池电压以及芯片上库仑计数的电流都可以进行高精度测量,最多可以监视7个NTC。信息通过SPI通信或隔离接口传输。

多个L9963可以以菊花链形式连接,并通过变压器隔离的接口与一个主机处理器通信,具有高速、低EMI、远距离和可靠的数据传输的特点。

在正常和低功耗模式下,L9963可以提供定时均衡的功能,可以支持休眠下的均衡。L9963还集成了九个GPIO,用于外部监视和控制。L9963具有一套全面的故障检测和通知功能,可以满足安全标准的要求。


▲ BMS应用框图


▲ L9963 应用框图



L9963主要功能:

  • 集成了多路独立16位Σ-Δ ADC,支持4到14串Cell电压0us同步采样,采样误差±2.0mV@[1.7-4.7]V, [-40-105]℃;

  • 集成1路18位Σ-Δ ADC,支持高精度的电流采样及库仑计;

  • 支持2.66M信号无衰减的隔离通信;支持板上电容隔离降低系统成本以及板外变压器隔离提高抗干扰能力;最大可以支持31片芯片级联,每个芯片有5bit的ID配置寄存器;

  • 支持200mA的内部被动均衡和外部被动均衡;支持14路通道同时开启;支持休眠模式下均衡;支持Cell电压采样时自动停止均衡,采样结束后自动开启均衡的功能以提高均衡效率、消除均衡对电压采样的影响以及减少软件复杂度;

  • 支持7路温度采样;

  • 支持单向和双向菊花链,提高系统的可靠性以及解决不同模组之间电流不均衡的问题;



▲ L9963支持双向菊花链
  • Cell采样通道可以耐-6V的差分电压,解决了模组间跨接导致Busbar的负压的问题;

  • 支持冗余的电压采样以实现limp home的功能;

  • 支持功能安全ASIL D等级,支持热插拔,不需要在每个Cell通道上增加Zener管。


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