标签: BMS计量芯片

电池系统由可充电电池（如锂离子电池）和电池管理系统组成。电池管理系统包括多个子系统，旨在显著提高电池的利用率并确保其安全性。 在电池管理芯片领域，存在三大类芯片：电池计量芯片、电池安全芯片和充电管理芯片。电池计量芯片负责采集电池的信息并计算电量，能够测量和报告电池组的关键参数，如电压、温度、充/放电电流以及剩余容量预测。这类芯片可以独立使用，也可以与电池保护IC进行集成。 BMS计量芯片的关键之处 计量系统的核心包括硬件、算法和固件，三者缺一不可。算法用于电池建模，常见算法有电压查表法、库仑计数法、CEDV算法、阻抗跟踪算法和DVC算法。固件将算法实现为计算输出容量信息的过程。 计量系统的输入是电池的电压、电流和温度，通过对电池进行建模来计算输出容量信息。其中，硬件是基础前提，需要具备性能优异的硬件以实现高精度采样和低功耗运行，确保准确的计量。 ​ （计量芯片测量和建模过程，TI） 为了计算基本的电池组信息，计量系统需要测量充放电过程、电池组电压和温度。以纯库仑计数计量系统为例，这种系统主要依赖充放电集成来确定充电状态。模数转换器的分辨率和精度至关重要。使用这种类型的计量芯片，转换器必须整合所有充放电活动，包括在系统处于睡眠、待机或关闭状态时发生的活动。如果系统关闭和放电频率很低，而计量芯片没有精确集成低放电水平的范围，随着时间推移，可能会出现显著的流量误差。因此，需要高鲁棒性和高分辨率的器件来确保整个流程的可靠性和准确性。 在BMS类芯片领域，欧美企业长期占据主导地位，计量芯片市场也基本呈现类似格局。在动力电池领域，国内厂商仍处于初步布局阶段，但在消费电子领域，国产化替代发展迅速。 欧美主要厂商BMS计量芯片 ADI：20位ADC计量的车规级芯片 ADI（Analog Devices）提供了20位ADC计量的车规级芯片。这些计量芯片采用无缝的独特检测技术，具有出色的精度。其中，LTC2949是一款车规级计量芯片，具备高压、高精度和低功耗特性。它能够实现<1μV的失调电压的20位电流测量，并提供0.3%的电流和电压精度，以及1%的电能和电量精度。另外，ADI的计量芯片在ADC方面拥有深厚的技术积累，使用低偏置ΔΣ ADC进行精确的电压和电流测量，能够无损跟踪电池组所传递或接收的电量和电能。 ​ (车规级计量芯片LTC2949，ADI) TI：品类俱全的计量芯片系列 TI（Texas Instruments）提供了品类俱全的计量芯片系列，总计113种料号。以BQ27Z746为例，该芯片采用具有连续采样功能的积分转换器进行测量，并针对库仑计数进行优化。它具有优于3-nVh的分辨率和小于1-µV的偏移测量误差，同时还采用了TI专利的Impedance Track技术来准确建模电池放电曲线。在非车规应用中，TI的计量芯片同样对功耗把控非常严格。例如，BQ27Z746在关断模式下具有超低功耗，小于0.2μA。 ​ (BQ系列，TI) 在车规级应用上，TI的BQ34210-Q1提供了0.3%的电流和电压精度，同样具备极高的精准度。该芯片通过使用电压、电流和温度数据以及补偿放电结束电压（CEDV）技术来提供电池的荷电状态和运行状况数据，以预测电池的情况，并自动调整老化、温度和速率对电池的影响。 需要注意的是，在动力电池和储能电池领域，电池组通常由多串电池组成，并且技术门槛较高，目前被少数龙头企业垄断。然而，在消费类市场，特别是手机市场上，国产厂商已经逐渐完成了对BMS计量芯片的国产替代。 国产厂商BMS计量芯片 赛微微电子：性能突出的消费类计量芯片 赛微微电子是一家提供性能突出的消费类计量芯片的公司。他们的计量芯片已广泛应用于各种电子产品中，受到好评。赛微微电子的CW221xB系列计量芯片共有5个料号，其中CW2015和CW2017采用14位模数转换器，其余3个料号采用14位模数转换器进行温度和电压检测，以及16位模数转换器进行电流检测，并运行独特的FastCali电量计算法。例如，CW2217B支持低至1mΩ的检流电阻，可以有效降低充电路径中的电压损耗，减少系统发热，提高充电效率。另外，CW2215B具有工作模式下的低功耗（5μA），全系列在休眠模式下都具有0.5μA的低功耗。总体而言，这些芯片具有约3%左右的电量整体精度。 ​ (CW2217,赛微微电子) 中颖电子：自研计量SOC 中颖电子则提供了SH79F系列电能计量SOC芯片，共有8个料号，配置不同的闪存、随机存储器和CPU时钟。每个料号所配置的ADC也各不相同，包括3×10位、5×10位、5×14位和8×14位等。在低功耗计量模式下，例如SH79F7019A的功耗可以低至800uA（3路ADC，掉零线模式）。而配置8×14位ADC的SH79F7011A，在电压和电流测量方面的误差小于0.5%，有功电能计量方面整体误差小于3%。这些SOC芯片集成了单相电能计量、日历时钟、温度传感器、LCD驱动器和增强型8051核等功能，是中颖电子多年研发的成果，在国内市场表现出色。 矽力杰：车规级计量芯片 ​ (SA59202DAA，矽力杰) 矽力杰的SA59202DAA是一款获得AEC-Q100认证的车规级应用多节电池计量芯片。它采用12位ADC测量电压和电流，并采用高精度库仑计数器测量电池累积充电和放电。该芯片的电流ADC具有±64mV的感应电压范围和低值的外部电流检测电阻，能够实现1%的电压、电流和充电精度。 上海贝岭（锐能微） 上海贝岭旗下的锐能微公司专注于智能电表计量芯片的研发，并具备6个料号。其中，RN821X电能计量SOC芯片在有功计量方面的误差小于5%。另一款单相多功能计量芯片RN7302具备两路高精度测量ADC，在电流和电压测量方面有效值误差小于1%。 芯海科技 芯海科技的CSE77xx系列有2个料号，其中的CSE7761电能计量芯片内部集成了3路sigma-delta ADC，提供高速的电压、电流波形数据以及电压有效值、电流有效值、有功功率和视在功率的瞬时数据，并支持2路有功能量计量。该芯片在电压和电流有效值测量方面的误差小于1%，而在有功电能计量方面的整体误差小于5%。 ​ (芯海科技) 国内厂商已经在非汽车应用领域取得了显著突破。通过持续的研发投入和实际应用，国内企业在电池管理系统（BMS）技术领域取得了重要进展，使非车规级应用的产品性能不逊于欧美大厂，逐渐实现国产替代。然而，在技术门槛更高的动力电源BMS芯片方面，国内仍有待进一步发展。