电池管理系统（BMS）实现形式及大厂芯片性能分析

电子发烧友网报道（文/李诚）目前国内碳中和已被提上日程，全球已经有超过120个国家提出了碳中和的目标。碳中和的提出为电动汽车市场提供了一个新的发展契机。电动汽车市场大热，据Canalys预测，2021年第一、第二季度全球电动汽车（EV）销量为260万辆，同比增长160%。

在电动汽车中电池为主要核心部分，电池的性能直接决定了充电的速度、车辆续航问题和安全性的问题。为了解决这些问题，提高电池效率和延长电池使用寿命，车企在电动汽车中加入了BMS技术，对电池数据实时监控。

BMS在电动汽车中起到什么作用及实现形式

BMS系统子在电动汽车中主要起到对电池充、放电的管理作用。BMS系统可进行电池状态分析、电量管理、电池信息管理、电池状态监测、电池保护。通过系统性地管理，电池可避免电池过充、过放、温度过高等情况出现，提高电池性能和使用寿命。

（图源：恒润科技）

BMS系统主要以集中式和分布式两种形式实现。集中式BMS是通过一条总线的形式对电池组数据进行采集监控，集中式BMS分为高压区和低压区，高压区对单体电池数据采集，低压区主要是集成了供电、通信等线路。集中式BMS系统具有低成本、拓扑简单等特性，一般用于低电压、小容量的电池中，如机器人、小型两轮电动车等。

（图源：国新动力）

分布式BMS是进行模块化、分级式管理的。每组电池都会与LECU匹配，并对电池单体进行电压、温度等数据采集，判断电池的状态。高压区负责监测电池总压、母线总压、绝缘电阻的状态。LECU和高压区采集到的数据经分析后进入BMU汇总传入BSE。最终由BSE作出判断。

风口之下免不了竞争，电动汽车发展势头迅猛，多家芯片厂商相继推出BMS芯片，为车企提供更多的选择。

TI高精度电池监控、平衡、保护器

汽车电气化呈不可逆转之势快速发展，BMS系统成为首要核心问题。TI在电动汽车BMS领域颇有建树，先后发布了符合ASIL D标准的有线BMS和无线BMS解决方案，领先业界。

（BQ79614-Q1电路拓扑 图源：TI）

BQ79614-Q1是一款可应用与混合动力、纯电动汽车BMS模块高精度的电池监控器、平衡器和保护器，可对电池温度实时监控，为避免过热的情况出现，能自主进行暂停和启动操作。该芯片工作电压为12V，可在128μS内迅速为14块电池进行高精度地电压监测。BQ79614-Q1芯片内部集成了前端滤波器和后置ADC低通滤波器。前端滤波器是为了降低成本，能够在电池输入电路上使用简单、低压的差分RC滤波器。ADC低通滤波器是为了对滤波后的直流电压进行监测，方便计算出电池的电荷状态。在该芯片可用于外部热敏电阻的测量BQ79614-Q1在通信方面可与BQ7600器件相连或直接通过UART接口与MCU完成通信。在通信线线路异常的情况下，MCU可以通过隔离式差分菊花链与电池组直接通信。

ST 14S 高精度、快速速电池监控保护芯片

意法半导体（STMicroelectronics，简称ST），引领半导体市场多年，芯片应用横跨多个领域，也成为了汽车芯片的主要供应商。在汽车领域，为满足市场及设计需求，推出了高性能、高能效的32位车规级MC，高精度、低能耗的VIPower智能开关，多路、高精度的BMS IC和各类保护器件。ST在汽车电子领域可提供全方位的应用产品、技术支持和解决方案。

（L9963框架图 图源：ST官网）

L9963是一款由ST推出的汽车BMS IC，该芯片具有高精度和高测量速度的特性，其精度误差仅为±2mV，4 ms内可完成96个单元的数据读取，赢得业界内高度认可。在BMS中最值得关注的是IC的精度和测量速度，高精度能够更精确地读取各单元的状态，高测量速度解决的主要是时效问题，提高检测精度，实时反应电池状态。

L9963可在48V或更高电压的电网中应用，可监控4~14个串联电池单元及7个外部NTC。通过SPI和隔离接口进行数据传输，另一方面可通过菊花链方式对1~31个设备进行连接，整个数据转换延迟小于4微秒。L9963菊花链的通信串行总线带宽为2.66Mbps，极大地降低了数据采样延迟的问题，其中通过菊花链与31个L9963连接，在16毫秒内可完成434个单元的数据读取工作。该芯片还集成了9 GPIO外部通信接口，实现与外部通信并进行外部监测。冗余的电路功能是这款芯片的特色，也是对行车安全的一种保护。L9963冗余功能可对内部的ADC进行交叉检测，当其中一个ADC发生故障时，与其最近的ADC将直接接管发生故障的ADC避免行车事故的发生。

ST在L9963的基础上还推出了搭配SPC58 Chorus MCU使用的三款评估板，实现评估板更接近于最终研究产品，加快开发人员的研究进度。

ADI 12路电池监视器

据ADI官网显示，早在2008年就推出了第一款集成式高压电池堆栈监控器，至今已经迭代更新到第四代，第五代产品还在研发阶段。

（LTC6811-1框架图 图源：ADI）

LTC6811-1是ADI的第四代BMS IC，是一款电池组监视器，最高可对12个串联电池进行电压检测，测量精度比ST L9963更高，总测量误差小于1.2mV，完成12节的电池检测仅需290μs。LTC6811-1可将多节电池串联起来，因此该芯片可在高电压的电池串中完成电池状态实时监测。该芯片给还具有ISOSPI接口，可实现与器件之间高速的远程通信。LTC6811-1能将12组电池通过菊花链连接，实现多通道通信的功能，监测电池状态，并根据电池当前状态进行暂停和启动操作，该芯片采用隔离式电源供电。

总结

在汽车中BMS系统就相当于车辆与动能管理系统连接的桥梁，BMS IC性能对电动汽车的安全性、电池使用寿命、行驶里程都有影响。采样精度更高、速度更快的BMS系统才能将电池利用率最大化，提高稳定性和可靠性。