‌ST AEK-POW-BMSWTX评估板技术解析：基于L9963E/T的电池管理系统设计

STMicroelectronics AEK-POW-BMSWTX BMS评估板具有嵌入式收发器，支持隔离连接到外部MCU，同时管理4至14节电池。该板采用L9963E锂离子电池监控和保护芯片（用于高可靠性汽车应用）和L9963T通用SPI转隔离式SPI双向收发器。L9963E通过堆栈电压、电池电压、温度测量和库仑计数监控电池和电池节点状态。可编程周期间隔可根据需要或定期执行测量和诊断任务。可用于外部微控制器进行电荷平衡以及计算充电状态 (SoC) 和健康状况 (SOH) 的测量数据。

数据手册：*附件：STMicroelectronics AEK-POW-BMSWTX BMS评估板数据手册.pdf

L9963T通用SPI转隔离式SPI双向收发器将从传统的基于4线的SPI接口输入的通信数据传输到双线隔离接口（反之亦然）。该收发器配置为从器件。

STMicro AEK-POW-BMSWTX提供一个强大的监控网络，用于检测每节电池的电压。可以检测整个电池组的电流。通过这种检测，可以详细说明每个电池组的SOC，从而详细表示所有电池组的充电状态。该SOC有助于评估剩余电池容量，这相当于剩余的驱动范围。

特性

• 对每节电池和整个电池节点的电压监控
• 整个电池节点的电流检测
• 5个GPIO，用于连接温度传感器作为NTC
• CN1连接器，支持通过SPI与MCU板建立通信
• CN2连接器，可直接连接MCU板，实现控制和诊断功能
• 无源平衡
• 紧凑尺寸: 100mm x 76mm

框图

布局

ST AEK-POW-BMSWTX评估板技术解析：基于L9963E/T的电池管理系统设计‌

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一、核心器件与系统架构

STMicroelectronics推出的AEK-POW-BMSWTX评估板，是一款面向4-14节电池组的BMS解决方案，其核心由两大关键芯片构成：

1. ‌L9963E‌：AEC-Q100认证的多节电池监测与平衡IC，支持：
   • 单电池电压监测（精度±2mV）
   • 电池组总电流检测（集成库仑计数）
   • 5路GPIO连接NTC温度传感器
   • 被动平衡功能（支持内部MOSFET或外部分压电阻）
2. ‌L9963T‌：SPI转隔离SPI双向收发器，实现MCU与BMS间的电气隔离通信，关键参数：
   • 支持菊花链拓扑（最多31级联设备）
   • 2线隔离接口（ISOLp/m）与4线标准SPI接口转换
   • 从机模式配置

评估板采用紧凑型设计（100mm×76mm），通过CN1（SPI）和CN2（诊断接口）与MCU连接，典型应用场景包括电动汽车、家用储能系统等。

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二、关键技术特性解析

1. 高精度监测网络

• ‌电压检测‌：每节电池独立采样通道，通过L9963E内部16位ADC实现±0.1%精度的电压测量
• ‌温度检测‌：5路NTC接口支持-40°C至125°C范围监控
• ‌电流检测‌：外部分流电阻+差分放大器架构，配合L9963E的库仑计数器实现SOC估算

2. 安全与平衡机制

• ‌被动平衡‌：通过内部MOSFET（最大100mA）或外部MOSFET（如板载STD105N10F7AG）实现电荷均衡
• ‌故障保护‌：集成过压/欠压/过温检测，FAULT_H/L信号触发硬件保护
• ‌热管理‌：采用MPZ2012S102ATD25磁珠抑制高频噪声，板载热阻优化布局

3. 隔离通信系统

• L9963T实现SPI信号隔离传输，关键设计要点：
  • 隔离频率通过ISOFREQ引脚配置（支持1-20MHz）
  • TXEN/CPHA控制信号相位
  • 需注意ISOLp/m走线等长设计（见手册图3布局示例）

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三、典型应用设计建议

1. ‌SOC/SOH算法实现‌：
   • 基于AutoDevKit提供的参考算法，需预存电池特性曲线（如与About合作的数据模型）
   • 平衡策略建议：当SOC差异>5%时启动"静默平衡"模式（低功耗持续放电）
2. ‌EMC设计要点‌：
   • 电源滤波：每节电池并联47nF MLCC（如C14-C19）
   • 信号完整性：SPI线路串联100Ω电阻（如R69-R76）
   • 接地策略：区分GND_BMS（电池地）与GND_EXT（MCU地）
3. ‌扩展接口应用‌：
   • CN3接口可连接AEK-COMISOSPI1隔离SPI适配器
   • 推荐配套MCU：SPC58 Chorus系列（如AEK-MCU-C4MLIT1）

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四、设计验证与调试

1. ‌关键测试点‌：
   • TP1（NPNDRV）：MOSFET驱动信号观测点
   • TP8（FAULT）：硬件保护触发状态指示
   • VTREF（Pin 64）：2.5V基准电压测试
2. ‌典型问题排查‌：
   • 通信失败：检查L9963T的VIO电压（需与MCU电平匹配）
   • 平衡失效：确认DIS引脚未使能（R88需正确配置）
   • 测量偏差：校准VTREF外围电阻（R5=2.7kΩ±1%）