國產BMS模擬前端突圍消費、工業(yè)市場，汽車市場仍困難重重

在所有的電子系統(tǒng)中，電池系統(tǒng)無疑是大家都密切關注的。電池系統(tǒng)包括可充電電池本身鋰離子電池以及電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)又下分了很多子系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)既要能夠大幅度提高電池的使用率，也要對電池的安全性負責。

電池管理系統(tǒng)中采集器與控制器是兩大核心，在采集器這一塊上目前基本上都使用集成AFE，只有少數(shù)還在使用很早的分立元件采樣電路。采集器中，模擬前端芯片是相當重要的一環(huán)，用來采集電芯電壓和溫度等。

BMS模擬前端的重要性

電池管理系統(tǒng)作為連接電池組和產品其它部件的重要模塊，可以說是一套完整的，集管理、控制、監(jiān)測為一身的軟硬件綜合系統(tǒng)。采集器在電池包內部，監(jiān)控電池的狀態(tài)，實時采集電池組運行過程中的重要信息，與外部設備如控制器交換信息，解決鋰電池系統(tǒng)中安全性、可用性、易用性、使用壽命等關鍵問題。

采集器中的關鍵芯片AFE，這一塊國內起步較晚，從市場格局來看基本被國外大廠壟斷，尤其是車規(guī)級BMS AFE。ADI的LTC9811、LTC6813，TI的BQ79606、BQ796112、BQ79656，NXP的MC33771、MC33772以及ST的L9963系列、瑞薩的ISL786系列，是目前市場上通用的主流選擇。模擬前端芯片整體上和BMS類芯片被國內大廠壟斷的格局類似，近年來由于半導體市場整體缺貨，BMS模擬前端同樣一芯難求，例如TI的BQ系列截至目前仍舊顯示缺貨狀態(tài)。

在這些主流國外大廠大熱的BMS AFE中，可以看到，BMS模擬前端在芯片層面解決了相當一部分的系統(tǒng)穩(wěn)定性和功能安全的問題。特別是車載應用，很難脫離這些芯片，畢竟在汽車惡劣的浪涌脈沖挑戰(zhàn)下，如果前端設計不好，后面的設計也無從談起。

在國際大廠供貨極度缺乏的形勢下，同時受益于一系列政策的影響，國內不少廠商推出了相應的BMS模擬前端替代產品?，F(xiàn)階段，國內終端廠商、鋰電廠商都對BMS AFE芯片的國產替代有著強烈需求。那BMS模擬前端芯片國內實力幾何？

國產BMS模擬前端

總的來看，國內BMS模擬前端芯片在車規(guī)級應用上目前尚未形成競爭力。而在消費電子和工業(yè)領域，國產芯片勢頭正猛，已經出現(xiàn)了非常多國產品牌。

CHIPWAYS

CHIPWAYS的多節(jié)電池組監(jiān)控器BMS AFE芯片XL8812系列是國內少有的同時滿足AEC-Q100和ISO26262標準的汽車級BMS AFE芯片。XL8812系列可測量4～12節(jié)串聯(lián)電池，同時還支持多個芯片的串聯(lián)。

XL8812系列配置了2路獨立16位ΣΔ ADC，據官網資料12節(jié)測量精度在1.5mV，測量時間250us。這個測量精度即便對比國際大廠的主流車規(guī)級AFE測量精度也不差。高精度之外是低功耗的設計，整個系列最低電流3uA，另外運用更加優(yōu)化的算法提供更準確的測量和更先進的電池容量平衡功能。

新唐科技

KA84923UA、KA84933UA、KA84939UA，新唐科技的三款車用BMS AFE，使用獨有的SOI工藝，將器件，功能區(qū)隔離，實現(xiàn)完全冗余的測量系統(tǒng)。再加上冗余性高的通訊結構，可以實現(xiàn)安全性和信賴性高的系統(tǒng)，適用于 ISO26262 ASIL-D 的車用電池系統(tǒng)。
系列配置16bits ADC，最高支持20串電池單元，測量精度小于1.5mV，為實現(xiàn)功能安全而使用了冗余測量。高精度的電壓測量不僅可以延長續(xù)航里程，因精度的保證范圍寬，鋰電池使用效率也能得到提高。

中穎電子

中穎電子的SH36730x系列動力電源BMS模擬前端芯片，系列共五個料號，支持不同的Cell數(shù)，最高可支持16串。10串以下的模擬前端采用了12bits ADC采集電壓溫度，13bits Σ-ΔADC采集電流；10串以下的模擬前端采用了13bits ADC采集電壓溫度，16bits Σ-ΔADC采集電流。這些BMS模擬前端芯片都提供了過充電保護、過放電保護、溫度保護、充放電過流保護、短路保護、二次過充電保護等硬件保護功能，并集成了平衡開關提高電芯一致性。

值得注意的是，在大于10節(jié)的模擬前端中兩款中，采集溫度的通道與電壓通道數(shù)量比值是3：14和3：16，溫度通道數(shù)量可能會不夠用，畢竟除了采集外部的NTC，板內還會有一些模擬信號，溫度采樣通道可能會比較緊張。另外，該系列低功耗設計得很不錯，正常模式下小于70uA，PowerDown模式下小于1uA的功耗競爭力足夠。

奇力科技

內置12bits ADC的VAS5118、內置14bits ADC的VAS5120，奇力科技的BMS AFE內置硬件對電池過壓欠壓、電流過充過放、短路、過溫保護形成微處理器軟件管理之外的保護。系列精度在2mV，最大功耗在1.5uA。AFE集成了電池均衡線路可以優(yōu)化電池效能與壽命，可支持 2-wires非隔離通信或者3-wires隔離通信，提供了極大的彈性。

集澈電子

集澈電子的DVC10XX系列BMS AFE，電壓傳感通道集成15bits ΣΔADC，電流傳感通道集成16bits ΣΔADC。據悉，DVC10xx系列是采用車規(guī)級高壓BCD工藝設計的多節(jié)BMS AFE。因為內置了24路被動電池均衡驅動電路，上位機可以同時打開所有電池均衡，而不用擔心影響芯片測量和硬件保護功能。

此外，還有矽力杰、芯?？萍?/u>、賽微微電子、華泰半導體等企業(yè)也在BMS AFE芯片上有所布局。

國產BMS AFE性能對比

國外廠商，數(shù)據來源：各企業(yè)官網數(shù)據

對比國內外BMS AFE性能，要承認在性能上國內BMS AFE廠商還是有差距的，從ADI和TI的產品性能上看，即便是整個模擬前端的測量總誤差也不超過1.2mV，這還是沒有考慮通信系統(tǒng)是否穩(wěn)健。如果只看車規(guī)級應用BMS AFE，那國內涉及該類別的廠商更少。BMS AFE芯片技術難度高、附加價值也高，而且功能安全需要達到ASIL-D級，這導致BMS芯片需要設計冗余，以保證失效模式的覆蓋率，進一步加大了芯片的設計難度。

國內廠商目前能提供的車規(guī)級BMS AFE不多，從各官網提供的資料性能對比來看，ADC配置上的稍有不同，但在精度上目前是都還不錯，但同樣面臨產能緊張或者性能不穩(wěn)定等因素。國內BMS AFE芯片，一般在消費電子、小儲能上面先用，到一定的應用量，進一步解決芯片的穩(wěn)定性的問題再往工業(yè)，再往汽車上靠。

寫在最后

BMS中的模擬前端芯片是消費電子、工業(yè)控制、新能源汽車領域不可或缺的關鍵元器件，雖然在汽車動力電池領域仍舊極度依賴于進口模擬前端芯片，但在消費電子和工業(yè)控制領域市場上已經涌現(xiàn)出非常多的國產品牌芯片，只是在車規(guī)級BMS AFE芯片上國產品牌形成競爭力還需時日。