前言
新能源技术在快速发展,而电池作为能量存储和转换的关键组件,在电动汽车(EV)、移动设备、储能系统等多个领域发挥着至关重要的作用。目前最广泛使用的电池就是锂电池,因其高能量密度、长循环寿命和低自放电率等优点,成为目前最主流的电池。
针对电池带来的安全隐患,通常采用电池管理系统(BMS)对电池以及电池组进行监测和保护。它通过精确控制电池的充放电过程,实时监测电池的电压、电流、温度等关键参数,以及估算电池的荷电状态和健康状态,同时采取相应的保护措施,如切断电池供电或发出警报。这些保护措施可以有效降低电池组的故障风险,并确保电池组的安全运行。
目前锂电池管理系统BMS开始普遍使用AFE(模拟前端)+MCU来实现更先进管理系统,AFE负责将电池的电压、电流和温度等模拟信号转换为数字信号,供微控制器或处理器进行进一步处理。AFE还可通过集成多种功能,提供对电池组的监测、优化和保护,适配更多场景的应用,并确保电池组的安全运行和最大化使用寿命。
AFE芯片
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具体型号配置信息如上表所示,接下来通过其中几款芯片型号来介绍该系列芯片的优势。
以下排名不分先后,按企业英文首字母顺序排序。
INJOINIC英集芯
英集芯IP3281
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IP3281 是一款低功耗电池组保护器,用于10~16 节串联锂离子/聚合物可充电电池的初级保护的解决方案。该产品集成了聚合物可充电电池安全运行所需的一整套的电压、电流和温度所有检测和保护。保护阈值和延时均为出厂编程设定,有多种配置可供选用,采用TSSOP30封装。
JoulWatt杰华特
杰华特JW33708
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JW33708是一款多电池堆的监测和保护芯片,芯片耐压60V,支持4-8串电池应用,可为每个电池提供被动均衡功能,支持最多3个连续电池同时放电。JW33708可用于电池电压和温度感知的14位ADC,电压精度达10mV,以及用于充放电电流感知的16位ADC,电流精度达75μV。
多个JW33708可以串联使用,可通过SPI接口与外部控制单元通信,集成了预充电和预放电驱动器,支持睡眠模式,电流较小时可实现高效率低功耗,采用NMOS驱动,并具有多种保护机制,采用TSSOP38封装。
杰华特JW3370
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JW3370是一款多电池堆的监测和保护芯片,芯片耐压60V,支持4-10串电池应用,可为每个电池提供被动均衡功能,支持最多3个连续电池同时放电。JW3370可用于电池电压和温度感知的14位ADC,电压精度达10mV,以及用于充放电电流感知的16位ADC,电流精度达75μV。
多个JW3370可以串联使用,可通过SPI接口与外部控制单元通信,集成了预充电和预放电驱动器,支持睡眠模式,电流较小时可实现高效率低功耗,采用NMOS驱动,并具有多种保护机制,采用TSSOP38封装。
杰华特JW3323A
JW3323A是一款高度集成、低成本的保护和监控芯片,适用于6-13串联电池应用,集成了12位ADC,用于高精度电压检测,电压精度达15mV。并集成了保护和延迟电路,用于故障事件包括过充、过放、短路、断路、过温等。
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外部控制单元通过I2C接口与JW3323A通信,方便用户监测每个串联电池组的状态,特别是锂离子可充电电池组。JW3323A还提供包括断线检测、奇偶动态平衡、引脚故障检测、内部过温保护和充电许可等保护机制,以增强系统安全性。
为了提升易用性,JW3323A支持电子锁功能以独立控制放电,提供GPS引脚以启用GPS应用,还提供警报引脚用于电池故障警报以及DOCT引脚用于释放部分电池故障,采用30-Pin TSSOP封装。
PENG SHEN TECH鹏申科技
鹏申PB7200
PB7200是鹏申科技AFE芯片产品PB7系中的一员,支持5-20串电芯应用,工作电压范围在12至95V,单节电芯单元电压测量范围为0-5V,可用于执行电池组的测量、保护和均衡功能,适用于大多数锂、钠电池。
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该芯片还内置VADC模块用于电压、温度和电流测量;内置CADC模块用于采集电流,用于库仑计方式的高精度SOC计量,同时提供4个充放电MOS控制引脚。
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BMU单板内部的AFE模块通过电容隔离的菊花链级联方式实现,而单板之间则通过变压器隔离的菊花链级联,有效保证了信号传输的稳定性和系统的抗干扰能力。系统设计允许最大配置为1个基础单元加上31个扩展单元。Stack1通过线束连接到控制板上的AFE0(Base),AFE0与MCU之间通过串口通信进行数据交换,有效简化了布线并提高了系统可靠性。此外,系统还配备了用于驱动光耦的ACT_CTR,用于控制各Stack AFE的ACT引脚,以实现shutdown模式的进入或AFE的硬复位,为系统维护和故障恢复提供了重要保障。
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PB7200的功耗极低,同时鹏申科技AFE产品具备高效的自动调度功能,能够实现定时测量和实时保护,通过中断通知MCU,有效节省资源和降低功耗,同时在低功耗模式下保持关键保护功能,并能自动检测并响应电流变化和充电器插入,实现深度节能状态。
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充电头网也拿到了这款芯片的方案demo,以上为实物展示。
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PB7200采用LQFP80封装,可广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动工具、通信、家庭和风光储能等 5~20 串锂电芯 BMS 系统中。
鹏申PB7170
PB7170同样是鹏申科技AFE芯片产品PB7系中的一员,支持5至17串电芯应用,工作电压范围在12至88V,单节电芯单元电压测量范围为0-5V,可用于执行电池组的测量、保护和均衡功能,适用于大多数锂电池。
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该芯片配备VADC模块,专门用于精确测量电压、温度和电流;同时,CADC模块能够进行高精度的电流采集,适用于库仑计方式的SOC计量。此外,该芯片还提供3个充放电MOS控制引脚,支持高达100mA的单通道均衡电流,并能实现多单元均衡的同时启动,满足多种智能均衡策略的需求。
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PB7170的功耗极低,提供多种低功耗睡眠模式,可根据不同使用场景采用不同的模式,并能自动检测并响应电流变化和充电器插入,在睡眠模式下也能保持极快的唤醒速度并保持极低的功耗,实现深度节能状态。
同时鹏申科技AFE产品具备高效的自动调度功能,能够实现定时测量和实时保护,通过中断通知MCU,有效节省资源和降低功耗。
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充电头网同样也拿到了这款芯片的方案demo,以上为实物展示。
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PB7170采用LQFP64封装,可广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动工具、通信、家庭和风光储能等 5~17 串锂电芯 BMS 系统中。
鹏申PB5100
PB5100是鹏申科技AFE芯片产品PB5系中的一员,支持4-10串电芯应用,工作电压范围在6至55V,单节电芯单元电压测量范围为0-5V,可用于执行电池组的测量、保护和均衡功能,适用于大多数锂/钠电池。
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该芯片配备VADC模块,专门用于精确测量电压、温度和电流;同时,CADC模块能够进行高精度的电流采集,适用于库仑计方式的SOC计量。此外,该芯片还提供4个充放电MOS控制引脚,支持多单元均衡的同时启动,满足多种智能均衡策略的需求。
与PB7系不同,PB5100采用QFN32(QFP32)封装,可广泛应用于电动工具、便携储能、家用电器的供电系统之中。
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充电头网总结
在新能源技术迅猛发展的今天,电池作为能量转换和存储的核心部件,其重要性不言而喻。锂电池因具有优越的性能,已经成为电动汽车、移动设备、储能系统等领域的首选。而随着锂电池应用的广泛,其安全性问题也日益凸显。电池管理系统(BMS)作为确保电池安全运行的关键技术,其发展对于提升电池性能和保障用户安全至关重要。
本文详细介绍了包括鹏申科技、英集芯、杰华特等公司的AFE芯片产品,这些产品以高精度的监测、优化和保护功能,为电池组的安全运行和最大化使用寿命提供了有力保障。通过这些AFE芯片,可以看到电池管理系统正朝着更智能、更高效、更安全的方向发展。
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