这款国产锂电池电压电流温度采集AFE模拟前端芯片亮点不少

　　随着储能及电动二三轮车、AGV、换电、平衡车、智能无线网联物联等行业的飞速发展，电池PACK在一个产品的角色越来越重要，甚至占到产品成本的半壁江山，其中从行业应用的广泛程度上来讲磷酸铁锂和三元锂占主要市场份额，储能设备特别是储能集装箱等大型设备更是大量的电池PACK堆叠，因此电池的安全运行至关重要，对电池包的即时性能进行采集并且提供给上位机去分析，不但可以给使用者提供很好的人机界面，更直接的数据感受之外更重要的是可以由电池故障分析诊断处理模块及时的掌握当前电池中每一串电芯的状态，其中主要涉及到电池电压、电流、温度和监测，这个重要的数据采集和保护任务基本都由BMS（battery management system）来完成，BMS即电池管理系统是连接电池组和产品其它部件的重要模块。电池的性能和寿命则是衡量产品性能的重要指标。如何掌握这些指标并保证每颗电池的运行状态达到最优？就要依靠电池管理系统BMS，它在电池运作系统中充当 “电池保姆”的角色。

　　BMS中AFE芯片也即模拟前端采集保护芯片，AFE芯片负责实时采集、处理、存储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。主要作用是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态，是一套管理、控制、监控电池组的软硬件综合系统。一次过放电就会造成电池的永久性损坏，极端情况下锂电池过热或者过充电会导致热失控、电池破裂甚至爆炸。所以，通过BMS能准确量测电池组使用状况，保护电池不至于过度充放电，平衡电池组中每一颗电池的电量，以及分析计算电池组的电量并转换为可理解的续航力信息，确保动力电池安全运作。

　　采集器的技术方案目前大多是采用集成AFE；拓扑方式多种共存，分布式、集中式，或者二者结合；通信拓扑也有CAN、菊花链方案等。采集器里面的关键芯片AFE，基本被国外大厂所垄断，国内起步较晚；尤其是美国半导体厂家：美信、ADI、TI，其他国家还有松下、ST、NXP等。

　　整体上BMS类芯片都被国外大厂垄断，比如TI的BQ76920、BQ76930、BQ76940、BQ76952，凌特的LTC6700-1/2/3、LTC6700HV、LTC6804、LTC6813等，车规级AFE芯片的也基本被TI、ST、ADI、松下、NXP、瑞萨(Intersil)等厂商占据，国产AFE芯片席位寥寥，近几年以中颖、集澈、奇力、华润、新唐等为代表的国产BMS AFE芯片逐渐进入视线，比如SH367303、SH367305/6/8/9，DVC1006/12/18/24，DVC1117/24，VAS5118等，但由于并非主力产品，大部分产能被其它产品线占有，所以缺货也比较常态化，其中TI，ADI（凌特）等均以16串以下为主力，在20串以上将不得不使用多片级联，使得成本偏高，目前上述几个AFE国产品牌中数集澈已量产24串AFE芯片，单颗芯片最高支持36串电池采集保护。

　　国产中高端芯片研发设计较国外厂商相对迟缓，其中的复杂原因也非三两句能说明白，好在当下我们从大战略上已经相当重视芯片国产化的重要性，是形势紧迫也是趋势所逼，这也缘于近几年美对我半导体设备及半导体产品供应链持续发难围追堵截，缘于国际大环境影响下导致的进口芯片及原材料大范围减产短缺，以及芯片全面缺货到结构性缺货这个过程中芯片价格持续高涨到失去理性的市场情绪之下，其中的痛恐怕只有制造业者们最有领悟，还有目前相对不友好的西方意识形态正在加剧，相关国家对我国在芯片及高端技术领域的封锁打压将是常态，芯片作为一切科技发展的基础元素，国产化将无路可退，也必须尽快的进行研发和推广应用，形成自主可控的生态系统。可喜的是BMS AFE芯片国产市场已经出现了性能可以追平甚至某些方面已经超越TI的BQ系列的AFE芯片，当然车规认证的依然比较落后，工业级的比如南京集澈的AFE芯片已经在电池采集保护领域耕耘超过6年，有一流的研发团队、充足的现货准备、稳定的供货能力、有竞争力的价格优势及参数性能稳定且抗高压的综合优异度取得了不少客户的认可，车规级AFE芯片2022年已进行验证阶段，2023-2024年将有望推出车规认证AFE芯片，目前已进入欣旺达、弗迪电池、德赛、拓邦、天能、飞毛腿、小米米家等众多头部客户供应链。

　　高精度锂电池BMS模拟前端芯片国产也骄傲！集澈电子是一家专注于高端模拟芯片研发设计的高科技公司。公司目前集中优势资源，主要进行多节锂电池管理芯片、系统级封装稳压器芯片和多通道射频收发芯片等工业模拟类和无线通信类产品的开发、设计、生产和销售。公司聚集了半导体行业内顶尖技术人才，并与产业链上下游各个企业有良好的合作关系，覆盖 IC设计，流片，封装，测试等各个环节，形成了芯片完整上下游产业链，确保产品从设计到生产各个环节品质可控，为客户提供优质的芯片产品以及完善的技术支持和服务。

　　重点来看一下集澈3-24串AFE芯片中的两个系列产品的特色，其中系列一DVC10xx电压采样精度常温下±5mV，全温下±15mV，256ms完成24串电池电压和温度采集，四线式SPI通信; 系列二DVC11xx（5-24串）100MHz I²C通信，支持高边充放电，常温下±2mV，全温下±6mV，35ms完成24串电池电池温度采样，休眠模式下功耗50uA，关断模式下功耗＜1uA。

　　系列一：DVC10xx

　　主要分为DVC1006(3-6串)、DVC1012(6-12串)、DVC1018(9-18串)、DVC1024(12-24串)，其中可用于12-24串锂电池监控管理的高精度BMS模拟前端芯片DVC1024产品性能优越，价格竞争力强，众多客户反复测试验证，都反馈出满意的结果并采用。芯片的精度，稳定性，抗高压，等技术参数突出，已大批量出货。

　　集成电压传感通道和电流传感通道，同步测量电池电压和充/放电电流;电压传感通道集成 15-bit ΣΔADC;有效位数 13bit;支持24 节电池电压测量 ;24 路被动电池均衡驱动;4 路热敏电阻电压测量;芯片温度测量;电池过压保护(OV); 电池欠压保护(UV) ; 到上位机的警报中断;电流传感通道集成 16-bit ΣΔADC，有效位数 14bit，支持低边电流测量;低边充电和放电 N 型场效应管驱动;充电过流保护(OCC);放电过流保护(OCD) ;放电短路保护(SCD) ;2.5V/3.3V LDO 输出;采用LQFP64 10mm×10mm封装。电池被动均衡驱动导通电阻120 Ω 导通电流0-5mA，芯片从睡眠状态唤醒到工作 32 ms，电池过压保护阈值 3.2~4.7 V，电池过压保护步进 5.86 mV，电池过压保护延时 1~8 s，电池欠压保护阈值 1.9~3.4 V，电池欠压保护步进 5.86 mV，电池欠压保护延时 1~16 s ，放电短路保护阈值 14.3~200 mV，放电短路保护延时560~3200 μs，放电过流保护阈值 7.1~100 mV，放电过流保护延时32~5120 ms，充电过流保护阈值 7.1 ~100 mV ，充电过流保护延时 32~5120 ms。详细规格书及MCU应用示例可加VX: stevenmicro索取并获得技术支持以及demo板。DVC1024 是一款采用车规级高压 BCD工艺设计的多节锂电池组监控芯片，通过四线式 SPI 接口与上位机进行通信，形成一套完整的电池组 管理系统(BMS)。 DVC1024 内置 4 路 15 位ΣΔ ADC 和 1 路 16 位ΣΔADC，可以持续地高精度测量电池组中电池 电压、电池温度和充/放电电流等信息，反馈给上位机完成电池组 SOC 估算。DVC1024 集成了完整的硬件保护功能，上位机可以将电池过压阈值、电池欠压阈值、充电过 流阈值、放电过流阈值和放电短路阈值配置到芯片寄存器中。芯片就可以在异常发生时，瞬间完成硬件保护，并立即反馈警报给上位机。DVC1024 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。 

　　DVC1024还集成了低边充电和放电N型场效 应管驱动，上位机可以通过配置寄存器完成充电或放电管理。同时芯片在异常发生时，也可以自动关闭充电或放电场效应管，保证电池组安全。公司有较强的芯片领域上下游资源优势，无论在产能和成本把控上，都有很强的优势，在当下芯片市场环境下，依然可以做到高性价比的优势，无论是对比进口芯片还是一些类似应用的国产芯片，都表现出的很突出！此款高精度BMS模拟前端芯片串数可最高单颗支持24串，给应用端带来了设计方案的简化，一些应用不再使用级联，减少了外围电路，降低了成本。

　　封装工艺方面采用了车规级BCD封装，目前各系列产品均支持磷酸铁锂及三元锂电池，单节测量范围1.6-5V，单节耐压7V，实际可达15V，以TI目前较高串数的AFE产品相比，采用DVC1024 AFE芯片的电池PACK总耐压可以做到更高，一路电压采样速率达32ms，常温下电压误差±5mV，-40-85℃下电压误差±15mV，电流误差最大30mA，在设备ESD等级方面也有较高规格，HBM模式下±2000V，CDM模式下±750-1000V，有效的支持了大串数BMS的耐压需求以及更简化的电路布局，同时也节省也利用多个低串数AFE芯片级联实现高串数的电路设计繁琐程度和成本，在国货BMS AFE芯片层面体现出良好的性价比。

 　　可应用于各种新能源锂电池BMS系统，包括：储能应用：如风力发电，光伏发电，电力储备；小动力应用：如电动二轮三轮车，AGV,机器人,电动工具;UPS：如通讯基站，备用电能源；数码类消费电子等；应用的电压平台常见于（12V、18V、24V、36V、48V、60V、72V）。分别有适用于3-6串锂电池BMS、6-12串锂电池、9-18串锂电池、12-24串锂电池管理系统系列产品可选择，可替代TI的BQ76920/30/40/52，中颖SH367303/05/06/08/09及其它厂家同级别AFE芯片，可全程提供原厂技术支持，特别是在国产已量产的单颗芯片就能管理保护24串电池的BMS AFE芯片领域目前独树一帜。

　　系列二：DVC11xx之DVC1124介绍：

　　DVC1124 是一款采用车规级高压 BCD 工艺设 计的多串锂电池组监控芯片，适用于额定电压不 超过 72V 的锂电池包。 DVC1124 在正常模式下，VADC 可以在 35ms 内完成 24 串电池电压和 6 个热敏电阻温度测量； CADC 集成了 2 个滤波器 CC1 和 CC2，分别 4ms 和 256ms 输出一次电流测量值。 

　　DVC1124 在休眠模式下，3.3V LDO 可以开启支 持外部 MCU 等系统持续工作，高边充电和放电 NFET 驱动可以开启使电池组处于待机状态，同时第 2 级充/放电过流保护和放电短路保护可以在充 /放电电流异常时立即关闭充/放电驱动，保持电池组功能安全。

　　DVC1124 在休眠模式下，既支持 I2C 通信被动 唤醒功能，也支持定时唤醒、充/放电电流检测唤 醒、第 2 级充/放电过流唤醒、放电短路唤醒和充 电器检测等主动唤醒功能。

　　DVC1124的主要特点是集成电荷泵，支持高边充电和放电 NFET 驱动，集成高边预充电和预放电 PFET 驱动，两个独立的 ADC，支持电压和电流同时采样，高精度电池电压测量，高精度库仑计数器，支持内部传感器和最多 6 个外部热敏电阻进行温度测量，电池采样端口具有 132V 耐压，支持乱序上电及热插拨，集成电池被动均衡驱动器，集成多种硬件保护，详细规格书可加授权代理商Vx:stevenmicro索取，电池过压保护(COV)，电池欠压保护(CUV)，两级充电过流保护(OCC1/OCC2)，两级放电过流保护(OCD1/OCD2)，放电短路保护(SCD)，3 种电源模式(典型值) ，包括1.正常模式：~270μA ，2.休眠模式：~50μA，3.关断模式：<1μA，支持多种休眠模式唤醒功能：1）I2C 通信唤醒2）定时唤醒3）充/放电流检测唤醒4）第 2 级充/放电过流唤醒5）放电短路唤醒6）充电器检测唤醒，3.3V/50mA LDO 供外部系统使用，100kHz I2C 通信接口，支持 CRC 校验和从机地 址硬线配置，LQFP48(7mm×7mm)封装。

　　DVC1124主要应用于电动自行车、电动轻型摩托车、电动摩托车、不间断电源系统(UPS)、电网储能、18V，24V，36V，48V，60V，72V 磷酸铁锂/ 三元锂/钛酸锂等电池组，DVC11xx系列有DVC1110、DVC1114、DVC1117、DVC1124，由于可以采集-0.3---6V的电压范围，因此可以应用于钛酸锂电池组上。

　　整体上集澈AFE芯片具有单颗芯片支持电池串数高，采集精度高，采样速率快、所支持的串数分布科学、车规级BCD高耐压封装、原厂全程技术支持等优势，是一款高串数高精度高速率低功耗性价比不错的国产BMS 模拟前端采集保护AFE芯片。