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電池管理系統(tǒng)的分類

lPCU_elecfans ? 來(lái)源:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 2022-07-13 09:57 ? 次閱讀

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李寧遠(yuǎn))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)之下分了很多子系統(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)。

在電池管理芯片細(xì)分領(lǐng)域里,有電池計(jì)量芯片,電池安全芯片以及充電管理芯片三大類。電池計(jì)量芯片采集電池信息并計(jì)算電量,它可以測(cè)量和報(bào)告有關(guān)電池組的許多關(guān)鍵方面,如電壓、溫度、充/放電電流和剩余容量預(yù)測(cè),這類芯片與電池保護(hù) IC 可以分立,也可以集成。

BMS計(jì)量芯片的關(guān)鍵之處對(duì)于計(jì)量系統(tǒng)來(lái)說(shuō),硬件、算法、固件三大核心缺一不可。算法用于對(duì)電池建模,目前常用的算法包括電壓查表法、庫(kù)侖計(jì)數(shù)法、CEDV算法、阻抗跟蹤算法、DVC算法。固件則把算法通過(guò)變成實(shí)現(xiàn),計(jì)算輸出容量信息。

計(jì)量系統(tǒng)的輸入是電池電壓、電流和溫度,然后通過(guò)對(duì)電池建模來(lái)計(jì)算輸出容量信息,在算法與固件之前,硬件是最基礎(chǔ)的前提,沒(méi)有性能優(yōu)異的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度采樣以及低功耗的運(yùn)行,準(zhǔn)確的計(jì)量也就無(wú)從談起。

為了計(jì)算基本的電池組信息,計(jì)量系統(tǒng)需要測(cè)量充放電進(jìn)程、電池組電壓和溫度。以純庫(kù)侖計(jì)數(shù)的計(jì)量系統(tǒng)為例,在這種主要依賴充放電集成來(lái)確定充電狀態(tài)的系統(tǒng)種,模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率和精度至關(guān)重要。使用這種類型的計(jì)量芯片,轉(zhuǎn)換器必須整合所有充放電活動(dòng),包括當(dāng)系統(tǒng)處于睡眠、待機(jī)或關(guān)閉狀態(tài)時(shí)發(fā)生的活動(dòng)。如果系統(tǒng)關(guān)閉和放電頻率很小,并且計(jì)量芯片沒(méi)有精確集成低放電水平的范圍,那么隨著時(shí)間的推移,可能會(huì)出現(xiàn)顯著的流量誤差。因此有著高魯棒性和高分辨率的器件才能在整個(gè)流程中確??煽啃院蜏?zhǔn)確度。

我們知道在BMS類芯片里,長(zhǎng)久以來(lái)都是歐美企業(yè)占據(jù)上風(fēng),計(jì)量芯片市場(chǎng)格局里也大致如此,在動(dòng)力電池領(lǐng)域芯片國(guó)產(chǎn)廠商仍在初步布局階段,但在消費(fèi)電子領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)化替代發(fā)展得非???。

歐美主要廠商BMS計(jì)量芯片ADI:20位ADC計(jì)量的車規(guī)級(jí)芯片ADI的計(jì)量芯片采用無(wú)縫的獨(dú)特檢測(cè)技術(shù),具有出色的精度,不考慮Maxim產(chǎn)品序列一共有15個(gè)料號(hào),其中有1個(gè)車規(guī)級(jí)。高端電流檢測(cè)支持下游故障檢測(cè)并避免接地干擾。模擬積分器對(duì)電荷直接進(jìn)行數(shù)字化,從而消除放大器偏移,使增益誤差最小,總電荷精度更高。一些型號(hào)還提供電池電壓和溫度,而另一些型號(hào)則集成檢測(cè)電阻,使器件數(shù)量最少并進(jìn)一步提高精度。

車規(guī)級(jí)應(yīng)用上計(jì)量芯片,高壓、高精度、低功耗特性缺一不可。在車規(guī)級(jí)BMS計(jì)量芯片上ADI的LTC2949能夠做到《1μV 失調(diào)電壓的20位電流測(cè)量,電流和電壓精度0.3%,電能和電量精度1%。在ADC上深厚的技術(shù)積累,芯片所使用的低偏置ΔΣ ADC可確保以微小的功率損耗精確測(cè)量電壓和電流,并對(duì)電池組所傳遞或接收的電量和電能進(jìn)行無(wú)損跟蹤。

在非車規(guī)級(jí)的計(jì)量芯片上,器件多配置14或16位ADC進(jìn)行測(cè)量,16位的預(yù)發(fā)布料號(hào)LTC2959有1%的電壓、電流和充電精度,對(duì)于功耗把控得更嚴(yán)格,有著《1.0μA的超低功耗。

TI:品類俱全的計(jì)量芯片系列TI的計(jì)量芯片共113種料號(hào),以新發(fā)布的料號(hào)BQ27Z746為例,使用具有連續(xù)采樣功能的積分轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)量,針對(duì)庫(kù)侖計(jì)數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,具有優(yōu)于3-nVh的分辨率和小于 1-μV的偏移測(cè)量誤差,而且TI專利的Impedance Track技術(shù)能夠?qū)﹄姵胤烹娗€進(jìn)行準(zhǔn)確建模。在非車規(guī)應(yīng)用上的計(jì)量芯片TI對(duì)于功耗把控得同樣很嚴(yán)格,BQ27Z746在關(guān)斷模式下有著《0.2μA超低功耗。

在車規(guī)級(jí)應(yīng)用上,BQ34210-Q1的電流和電壓精度位0.3%,同樣極為精準(zhǔn)。電量監(jiān)測(cè)功能使用電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)以及補(bǔ)償放電結(jié)束電壓(CEDV)技術(shù)來(lái)提供荷電狀態(tài)和運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)以預(yù)測(cè)電池情況,同時(shí)還能自動(dòng)調(diào)整老化、溫度和速率對(duì)電池的影響。

動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池領(lǐng)域所用電池組通常為多串電池組,由多顆電芯串并聯(lián)組成,遠(yuǎn)多于消費(fèi)電池等其他領(lǐng)域,技術(shù)門檻更高,被這些龍頭壟斷。而在消費(fèi)類市場(chǎng)上,尤其是手機(jī)市場(chǎng)上,國(guó)產(chǎn)廠商已逐漸完成國(guó)產(chǎn)替代,那么我們來(lái)看一看國(guó)產(chǎn)廠商的BMS計(jì)量芯片實(shí)力。

國(guó)產(chǎn)廠商BMS計(jì)量芯片賽微微電子:性能突出的消費(fèi)類計(jì)量芯片賽微微電子的計(jì)量芯片已經(jīng)應(yīng)用在眾多電子產(chǎn)品中,因產(chǎn)品極低的功耗、超小尺寸的封裝和精準(zhǔn)的電量計(jì)量而廣受好評(píng)。

賽微微電子的CW221xB系列計(jì)量芯片共5個(gè)料號(hào),除開(kāi)CW2015與CW2017只采用14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器,剩下3個(gè)料號(hào)均采用14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫度和電壓檢測(cè),16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電流檢測(cè),運(yùn)行獨(dú)有的FastCali電量計(jì)算法。CW2217B可支持低至1mΩ的檢流電阻,在應(yīng)用中可有效降低檢流電阻在10A+充電的路徑中的電壓損耗,減少系統(tǒng)發(fā)熱,提升充電效率,CW2215B有著工作模式下的5μA的低功耗,全系列在休眠模式下都有著0.5μA低功耗。電量整體精度在3%左右。

中穎電子:自研計(jì)量SOC中穎電子的SH79F系列電能計(jì)量SOC一共8個(gè)料號(hào),配置不同的閃存、隨機(jī)存儲(chǔ)器以及CPU時(shí)鐘。各料號(hào)配置的ADC各不相同,有3×10位、5×10位、5×14位以及8×14位等。其低功耗計(jì)量模式下,SH79F7019A有低至800uA(3路ADC,掉零線模式)的功耗。配置8×14位的SH79F7011A電壓電流誤差小于0.5%,有功電能計(jì)量下整體誤差小于3%。

作為低功耗高性能電能計(jì)量的SOC芯片,片內(nèi)集成了單相電能計(jì)量、日歷時(shí)鐘、溫度傳感器、LCD驅(qū)動(dòng)器和增強(qiáng)型8051核等功能。作為中穎電子自行組織研發(fā)多年累計(jì)的成果,旗下的計(jì)量芯片在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也是相當(dāng)優(yōu)秀。

矽力杰:車規(guī)級(jí)計(jì)量芯片

矽力杰獲得AEC-Q100認(rèn)證的車規(guī)級(jí)應(yīng)用多節(jié)電池計(jì)量芯片SA59202DAA采用12位ADC測(cè)量電壓和電流,用高精度庫(kù)侖計(jì)數(shù)器測(cè)量電池累積充電和放電。電流ADC擁有±64mV感應(yīng)電壓范圍和低值的外部電流檢測(cè)電阻,能實(shí)現(xiàn)1%的電壓,電流和充電精度。

上海貝嶺(銳能微)銳能微主營(yíng)業(yè)務(wù)為智能電表計(jì)量芯片的研發(fā),在2017年被上海貝嶺收購(gòu)。旗下共6個(gè)料號(hào),其中RN821X電能計(jì)量SOC芯片在有功計(jì)量上誤差小于5%。單相多功能計(jì)量芯片RN7302具備兩路高精度測(cè)量ADC,在電流和電壓測(cè)量上有效值誤差《1%。

芯海科技芯??萍嫉腃SE77xx系列有2個(gè)料號(hào),其中的CSE7761電能計(jì)量芯片,內(nèi)部集成了3路sigma-delta ADC,提供高速的電壓、電流的波形數(shù)據(jù)和電壓有效值、電流有效值、有功功率和視在功率的瞬時(shí)數(shù)據(jù),提供2路的有功能量計(jì)量。電壓和電流有效值測(cè)量誤差《1%,有功電能誤差《5%。

還有一些國(guó)產(chǎn)廠商也在布局計(jì)量芯片,這里不一一列舉??偟膩?lái)看在車規(guī)級(jí)應(yīng)用上的計(jì)量芯片國(guó)內(nèi)不多,在其他領(lǐng)域的應(yīng)用上性能還想相當(dāng)具有競(jìng)爭(zhēng)力的。

BMS計(jì)量芯片性能對(duì)比

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寫在最后在非汽車應(yīng)用上,國(guó)產(chǎn)廠商已經(jīng)取得了突破,隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)在BMS技術(shù)領(lǐng)域持之以恒的研發(fā)投入和應(yīng)用實(shí)踐,非車規(guī)級(jí)應(yīng)用上的產(chǎn)品性能已經(jīng)不遜色于歐美大廠,逐漸完成國(guó)產(chǎn)替代。對(duì)于技術(shù)門檻更高的動(dòng)力電源BMS芯片,國(guó)內(nèi)仍有待發(fā)展。

在全球主流BMS計(jì)量芯片供應(yīng)商的相關(guān)產(chǎn)品陷入缺貨漲價(jià)狀態(tài)后,市場(chǎng)缺口不小,而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)BMS類芯片,尤其是汽車BMS類芯片的需求還在持續(xù)增長(zhǎng)。市場(chǎng)強(qiáng)勁的需求對(duì)于國(guó)產(chǎn)計(jì)量芯片既是機(jī)會(huì)也是挑戰(zhàn)。

原文標(biāo)題:國(guó)產(chǎn)BMS計(jì)量芯片突圍消費(fèi)市場(chǎng),國(guó)內(nèi)外BMS計(jì)量芯片對(duì)比

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審核編輯:彭靜
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