為了更好地實現可持續發展，清潔能源（風、光、電）已成為替代傳統石油等燃料能源的最佳選擇。特別是新能源電池已廣泛應用于新能源汽車動力電池和儲能模塊。特斯拉純電動汽車，包括國內新能源汽車公司，率先從傳統燃料汽車向新能源汽車轉型，動力電池作為新能源汽車的關鍵部件，其安全尤為重要。
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BMS 及 BMS AFE 簡介
BMS 全稱是 Battery Management System，電池管理系統。電池管理系統是電動汽車和混合動力汽車的關鍵組成部分。為了確保電池的安全可靠運行，電池管理系統需要具有電池狀態監測和評估、充放電控制、電池平衡等功能：
? 實時監控和收集電池狀態參數（包括但不限于單個電池電壓、電池極柱溫度、電池電路電流、電池組端電壓、電池系統絕緣電阻等）
? 對相關狀態參數進行必要的分析和計算，以獲得更多的統一狀態評估參數
? 根據具體的保護控制策略，實現對電池本體的有效控制，確保整個電池單元的安全可靠運行
? 與其他外部設備通過自己的通信接口、模擬/數字輸入輸出接口進行信息交互
當檢測電池狀態(電壓和溫度)時，我們需要使用它 BMS AFE(電池管理系統模擬前端芯片)是一種多路采樣通道監控芯片，可以監控串聯電池的電壓和溫度。模擬前端芯片一般包括16位 ADC、高精度電壓基準、高壓多路復用器和一個 SPI 接口通常用于電動汽車、高壓移動設備、備用電池系統和高壓數據采集系統。
以下將為您介紹 ADI LTC6813 高精度鋰電池電池采樣芯片。
ADI LTC6813 采樣芯片的特點
? 可測量多達 12 串聯電池的電壓支持菊花鏈通信
? 采樣范圍為 0V ~ 5V
? 總測量誤差不超過 2.2mV
? 采用隔離串行通信
? 經過 AEC - AKM代理Q100 認證
? 最大可達的被動平衡 200mA，芯片顆配置 PWM 控制
? 有9個 GPIO 口
? eLQFP 64 引腳封裝
? 耐壓為 112.5V
? 工作溫度范圍為 –40°C ~ 125°C
ADI LTC6813 采樣芯片最多18通道電芯采樣，支持菊花鏈雙絞線級聯，其基本結構如下圖(圖1)所示:
ADI LTC6813 芯片采樣功能
ADI LTC6813 內部采樣芯片 ADC 接收外部輸入的電池模擬電壓信號，使芯片內部進行數字處理：
? ADCV 命令執行電池電壓芯片 C0 到 C18 輸入的采樣
? LTC6813-1內部有3個 ADC，18串電池電壓通過復用器采樣
? 下圖(圖6)常溫下使用 ADI 官方 Linduino 軟件上位機讀取的電壓數據，每個電池讀取的數據偏離實際電池測量的電壓數據 2mV 以內
圖6 ADI 官方 Linduino 軟件上位機讀取的電壓數據
ADI LTC6813 采樣芯片熱插拔試驗
ADI LTC6813 C18 和 S18 PIN 電池接入時會受到影響。但如果使用外部平衡 MOS 管道和外部插拔引起的浪涌會因外部插拔而產生 S pin 串聯的 4.7kohm 抑制，故 S18 pin 腳到地的電壓會更安全，C18 pin 腳到地的電壓是由于輸入RC電路，也會很安全。LTC6813 芯片采樣輸入電路示意圖如下圖(圖7)所示:
圖7 ADI LTC6813 采樣芯片部分采樣輸入電路示意圖
isoSPI 通信介紹
菊花鏈通信已經存在 BMS 大量的應用程序可以支持更高的電池組電壓。LTC6820 是 MCU 單片機和 AFE 采樣芯片之間的橋接芯片可以使4線 SPI 信號轉換為兩行 isoSPI 通信信號，isoSPI 通信變壓器或電容器隔離。ADI LTC6813 采樣芯片配合 LTC6820 菊花鏈結構接法如下圖(圖8)所示:
圖8 ADI LTC6813 采樣芯片配合 LTC6820 菊花鏈結構連接法
ADI LTC6813 isoSPI 菊花鏈通信測試
ADI LTC6813 可支持采樣芯片 30m 菊花鏈雙絞線通信穩定，采樣數據準確。LTC6813 isoSPI 由菊花鏈通信測試模塊組成，如下圖(圖9)所示:
圖9 ADI LTC6813 采樣芯片 isoSPI 菊花鏈通信測試模塊組成
isoSPI IP&IM waveform 菊花鏈波形效果如下圖(圖10)所示:
圖10 isoSPI IP&IM waveform 菊花鏈波形效果
總結
ADI LTC6813 高精度鋰電池電池采樣芯片，采樣通道多達18串。該系列支持多路采樣，具有精度高、熱插拔性能優異、通信穩定等優點。許多客戶已經成功地將芯片應用于汽車 EMC 測試，實現量產。為支持更高的電芯電壓采樣精度，ADI 新一代電芯采樣芯片也在不斷研發中。了解更多技術細節 ADI 您可以聯系駿龍科技各地辦事處。駿龍科技的技術人員愿意為您提供更詳細的技術支持。
