国产BMS模拟前端突围消费、工业市场，汽车市场仍困难重重

在所有的电子系统中，电池系统无疑是大家都密切关注的。电池系统包括可充电电池本身锂离子电池以及电池管理系统。电池管理系统又下分了很多子系统，电池管理系统既要能够大幅度提高电池的使用率，也要对电池的安全性负责。
 
电池管理系统中采集器与控制器是两大核心，在采集器这一块上目前基本上都使用集成AFE，只有少数还在使用很早的分立元件采样电路。采集器中，模拟前端芯片是相当重要的一环，用来采集电芯电压和温度等。
 
BMS模拟前端的重要性
 
电池管理系统作为连接电池组和产品其它部件的重要模块，可以说是一套完整的，集管理、控制、监测为一身的软硬件综合系统。采集器在电池包内部，监控电池的状态，实时采集电池组运行过程中的重要信息，与外部设备如控制器交换信息，解决锂电池系统中安全性、可用性、易用性、使用寿命等关键问题。
 
采集器中的关键芯片AFE，这一块国内起步较晚，从市场格局来看基本被国外大厂垄断，尤其是车规级BMS AFE。ADI的LTC9811、LTC6813，TI的BQ79606、BQ796112、BQ79656，NXP的MC33771、MC33772以及ST的L9963系列、瑞萨的ISL786系列，是目前市场上通用的主流选择。模拟前端芯片整体上和BMS类芯片被国内大厂垄断的格局类似，近年来由于半导体市场整体缺货，BMS模拟前端同样一芯难求，例如TI的BQ系列截至目前仍旧显示缺货状态。
 
在这些主流国外大厂大热的BMS AFE中，可以看到，BMS模拟前端在芯片层面解决了相当一部分的系统稳定性和功能安全的问题。特别是车载应用，很难脱离这些芯片，毕竟在汽车恶劣的浪涌脉冲挑战下，如果前端设计不好，后面的设计也无从谈起。
 
在国际大厂供货极度缺乏的形势下，同时受益于一系列政策的影响，国内不少厂商推出了相应的BMS模拟前端替代产品。现阶段，国内终端厂商、锂电厂商都对BMS AFE芯片的国产替代有着强烈需求。那BMS模拟前端芯片国内实力几何？
 
国产BMS模拟前端
 
总的来看，国内BMS模拟前端芯片在车规级应用上目前尚未形成竞争力。而在消费电子和工业领域，国产芯片势头正猛，已经出现了非常多国产品牌。
 
CHIPWAYS
 
CHIPWAYS的多节电池组监控器BMS AFE芯片XL8812系列是国内少有的同时满足AEC-Q100和ISO26262标准的汽车级BMS AFE芯片。XL8812系列可测量4～12节串联电池，同时还支持多个芯片的串联。
 

 
图源，CHIPWAYS

 
XL8812系列配置了2路独立16位ΣΔ ADC，据官网资料12节测量精度在1.5mV，测量时间250us。这个测量精度即便对比国际大厂的主流车规级AFE测量精度也不差。高精度之外是低功耗的设计，整个系列最低电流3uA，另外运用更加优化的算法提供更准确的测量和更先进的电池容量平衡功能。
 
新唐科技
 
KA84923UA、KA84933UA、KA84939UA，新唐科技的三款车用BMS AFE，使用独有的SOI工艺，将器件，功能区隔离，实现完全冗余的测量系统。再加上冗余性高的通讯结构，可以实现安全性和信赖性高的系统，适用于 ISO26262 ASIL-D 的车用电池系统。
 

 
KA84923UA，新唐科技
 

系列配置16bits ADC，最高支持20串电池单元，测量精度小于1.5mV，为实现功能安全而使用了冗余测量。高精度的电压测量不仅可以延长续航里程，因精度的保证范围宽，锂电池使用效率也能得到提高。
 
中颖电子
 
中颖电子的SH36730x系列动力电源BMS模拟前端芯片，系列共五个料号，支持不同的Cell数，最高可支持16串。10串以下的模拟前端采用了12bits ADC采集电压温度，13bits Σ-ΔADC采集电流；10串以下的模拟前端采用了13bits ADC采集电压温度，16bits Σ-ΔADC采集电流。这些BMS模拟前端芯片都提供了过充电保护、过放电保护、温度保护、充放电过流保护、短路保护、二次过充电保护等硬件保护功能，并集成了平衡开关提高电芯一致性。
 
值得注意的是，在大于10节的模拟前端中两款中，采集温度的通道与电压通道数量比值是3：14和3：16，温度通道数量可能会不够用，毕竟除了采集外部的NTC，板内还会有一些模拟信号，温度采样通道可能会比较紧张。另外，该系列低功耗设计得很不错，正常模式下小于70uA，PowerDown模式下小于1uA的功耗竞争力足够。
 
奇力科技
 
内置12bits ADC的VAS5118、内置14bits ADC的VAS5120，奇力科技的BMS AFE内置硬件对电池过压欠压、电流过充过放、短路、过温保护形成微处理器软件管理之外的保护。系列精度在2mV，最大功耗在1.5uA。AFE集成了电池均衡线路可以优化电池效能与寿命，可支持 2-wires非隔离通信或者3-wires隔离通信，提供了极大的弹性。
 

 
奇力科技

 
集澈电子
 
集澈电子的DVC10XX系列BMS AFE，电压传感通道集成15bits ΣΔADC，电流传感通道集成16bits ΣΔADC。据悉，DVC10xx系列是采用车规级高压BCD工艺设计的多节BMS AFE。因为内置了24路被动电池均衡驱动电路，上位机可以同时打开所有电池均衡，而不用担心影响芯片测量和硬件保护功能。
 
此外，还有矽力杰、芯海科技、赛微微电子、华泰半导体等企业也在BMS AFE芯片上有所布局。
 
国产BMS AFE性能对比
 

国外厂商，数据来源：各企业官网数据

 
对比国内外BMS AFE性能，要承认在性能上国内BMS AFE厂商还是有差距的，从ADI和TI的产品性能上看，即便是整个模拟前端的测量总误差也不超过1.2mV，这还是没有考虑通信系统是否稳健。如果只看车规级应用BMS AFE，那国内涉及该类别的厂商更少。BMS AFE芯片技术难度高、附加价值也高，而且功能安全需要达到ASIL-D级，这导致BMS芯片需要设计冗余，以保证失效模式的覆盖率，进一步加大了芯片的设计难度。
 
国内厂商目前能提供的车规级BMS AFE不多，从各官网提供的资料性能对比来看，ADC配置上的稍有不同，但在精度上目前是都还不错，但同样面临产能紧张或者性能不稳定等因素。国内BMS AFE芯片，一般在消费电子、小储能上面先用，到一定的应用量，进一步解决芯片的稳定性的问题再往工业，再往汽车上靠。
 
写在最后
 
BMS中的模拟前端芯片是消费电子、工业控制、新能源汽车领域不可或缺的关键元器件，虽然在汽车动力电池领域仍旧极度依赖于进口模拟前端芯片，但在消费电子和工业控制领域市场上已经涌现出非常多的国产品牌芯片，只是在车规级BMS AFE芯片上国产品牌形成竞争力还需时日。