‌STEVAL-BMS114电池管理系统评估板技术解析

STMicroelectronics STEVAL-BMS114电池管理系统 (BMS) 评估板可操作1至31个锂离子电池节点，提供详细的监控网络，用于检测每节电池的电压、电流和温度。每个电池节点管理4至14节电池，电压范围为48V至800V。该板采用L99BM114多节电池监控和平衡IC，通过堆栈电压测量、电池电压测量、温度测量和库仑计数来获取电池节点状态。测量和诊断任务既可按需执行，也可通过可编程的周期间隔定期执行。

数据手册：*附件：STMicroelectronics STEVAL-BMS114 BMS评估板数据手册.pdf

特性

• 搭载L99BM114多节电池监控和平衡IC
• 对每节电池和整个电池节点的电压监控
• 每个电池单元的电压、电流和温度检测
• 5个GPIO，用于连接温度传感器作为NTC
• L99BM114上搭载一个NTC，用于检测芯片温度
• 无源平衡
• 紧凑尺寸：100 mmx76 mm

布局

STEVAL-BMS114电池管理系统评估板技术解析‌

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一、核心特性与设计架构

STEVAL-BMS114是STMicroelectronics基于L99BM114芯片开发的高压BMS评估板，专为工业级电池管理系统设计，具有以下技术亮点：

• ‌多节点支持‌：可管理1至31个锂离子电池节点，每个节点支持4-14节串联电芯，覆盖48V至800V电压范围。
• ‌全参数监测‌：集成电压（单芯/总堆）、电流、温度三合一传感网络，内置5个GPIO连接NTC温度传感器。
• ‌智能平衡‌：支持被动均衡技术，通过L99BM114芯片实现精准的电荷再分配。
• ‌紧凑型设计‌：100mm×76mm PCB面积，符合工业设备空间限制要求。

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二、关键硬件实现

1. L99BM114主控芯片

作为系统核心，该芯片提供：

• ‌ISO-SPI通信‌：通过双线差分信号（ISOHP/ISOHM）实现节点间隔离通信，噪声免疫力优于传统SPI。
• ‌可编程诊断周期‌：支持按需或周期性执行测量任务，数据通过外部MCU计算SOC/SOH。
• ‌安全保护机制‌：实时监测过压/欠压、过热状态，触发硬件级保护。

2. 典型电路设计要点

• ‌电源滤波‌：VBAT输入级采用三级滤波（47nF陶瓷电容+MPZ2012S102ATD25磁珠+10μF电解电容）抑制高频噪声。
• ‌电流检测‌：差分放大器配合ISENSEP/ISENSEM引脚实现±1%精度的库仑计数。
• ‌热管理设计‌：PCB布局将高压域（L99BM114）与低压域（MCU接口）分区，通过内部NTC和外部热敏电阻双重监控。

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三、系统拓扑配置

评估板支持两种工作模式：

1. ‌单访问菊花链拓扑‌
   • 通过ISOLport连接MCU板，ISOHport串联从节点
   • 典型应用：非隔离需求的低成本方案（见图2）
2. ‌双访问环形拓扑‌
   • 节点间完全隔离，通过L99BM1T转换器构建冗余通信环
   • 优势：高可靠性工业场景（见图3）

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四、典型应用建议

1. ‌硬件调试‌
   • 平衡电阻选型：建议采用60.4Ω精密电阻（如R15/R18）匹配NTC网络
   • GPIO配置：GPIO1_FAULT_H/GPIO2_FAULT_L用于级联报警输出
2. ‌软件集成‌
   • 通信协议：需实现ISO-SPI数据包解析，注意20us的最小SCK脉冲宽度
   • 校准流程：上电后需执行VTREF（参考电压）自校准

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五、设计验证参考

• ‌测试点布局‌：关键信号（如ISOHP、FAULTH）预留SMA测试座（P1/P2）
• ‌EMC优化‌：所有高速信号线伴地走线，间距≥3×线宽（参见图4原理图）