淺析BMS怎么選擇合適的AFE

發布日期：2022-06-15   瀏覽量：3361

AFE（analog front end），中文是模擬前端，在BMS里面專指電池采樣芯片，用來采集電芯電壓和溫度等。

寫這個之前，想了比較久，AFE這一塊實在是能寫的地方太多了，某一個小地方都可以扯上一陣；最后還是決定從一個問題切入，中間順帶介紹一點AFE相關東西，這樣內容就不至于顯得太生硬和教條化。

這個問題就是：如何選擇一款合適的AFE？

AFE在BMS里面的位置（圖片來源于TI官網）

按照正常的思維邏輯，當然是對我們的輸入需求進行分析，然后再做出選擇；實際呢，上面這句話只有一半是對的，因為可供我們選擇的AFE不多，所有的需求都要向現實妥協；就像一個大廚，可以做出滿足顧客需求的各類風味，但手里卻只有豆腐這一種食材，怎么都有些捉襟見肘。

上圖是ADI的LTC6813的內部功能框圖，目前市面上可以接觸到的AFE內部結構大同小異，不同點更多是集中在硬件資源方面；還有的話就是針對功能安全要求所設計的架構形式。簡單來講，最主要的不同點是采樣通道數量、內部ADC的數量、類型與架構（關于ADC這一塊，后面可以單獨拿出來討論）。

我們獲得的外部輸入需要主要來源于兩部分：國內外標準以及客戶的需求。兩個部分之間一定這就需要我們自己去分辨了，好消息是，一般客戶的需求會比標準要嚴格。

BMS可以參考的主要標準是QC/T 897-2011，由于更新的版本暫時還沒出來，先拿這個來講；里面針對AFE最主要的要求就是采集精度（如下圖），這個是我們的底線；標準里面指標要求不是很嚴格，而且測試條件寫的很模糊，最新的討論稿要好很多。關于AFE的電壓采集精度的測量與驗證，看起來簡單，但怎么實現一個精準的電壓參考源，尤其在EMC測試中，是一個值得討論的問題。

來自客戶的需求就比較多了，其中影響AFE選擇的主要就是電池模組的配置。例如，最小的一個Module是幾串幾并的？一共有多少個模組？再就是一些細節的要求，如采樣精度，溫度點數量，功能安全需求等。

現實應用中，對于并聯在一起的電芯，我們是當做同一個電芯去采樣的；進一步的，電芯基本都是先并后串，用以減少對采樣通道的需求；但讓我們頭疼的事情是，一個Module里面串聯的電芯數量不是固定的，再就是電芯的總串聯數量也不統一。這樣的話就需要我們去匹配每一種模組的電芯數量，更不幸的是，AFE的最大電壓通道數量是不連續的分布（主要分為3個檔次：6s左右、12s左右和18s左右），這樣就要仔細選擇合適的通道數量進行匹配，做到既不浪費也不勉強。所以尤其對于第三方獨立的BMS廠家來說，因為本身的話語權有限，夾在主機廠和電芯廠之間，想做出一個平臺版本的產品是比較困難的。

圖片來源https://book.liionbms.com

而且還會涉及到一種比較特殊的場景，就是AFE跨接模組進行采樣（如下圖）。簡單說就是把銅排上面的壓降一起采回來；我們可能用一個獨立的通道去采集，或者把它和電芯放在一起去采集。無論哪種方式，都會涉及到一種負壓的采樣問題，這就需要AFE的采樣通道可以承受負壓，目前來看，能做到的廠家不多，很多廠家的產品都在朝這個方向演進。

除了采樣精度外，容易被我們忽略的就是AFE的溫度采樣通道數量。推薦的溫度通道與電壓通道數量比是1:2，不要再小了，因為可能會造成溫度通道數量不夠用。除了采集外部的NTC，板內還可能會有一些模擬信號，所以，溫度采樣通道是比較緊張的資源。

目前可供我們選擇的車規AFE資源是有一些的（如下表），可能有些信息不太準確，有些還處于樣片階段，僅供參考。里面把美國和非美國的器件分了類，其實NXP和瑞薩與美國的關系也比較密切，有些說不清。國內的AFE起步有點晚，可以看到實際上車的幾乎沒有。

前面走馬觀花地介紹了選擇AFE的幾個主要依據，其實如果公司的平臺已經建立好，就很難選型新的AFE，只在老的平臺上反復演進。把成熟的電路拿過來直接用，對工程師來講，是好事也是壞事，從長遠看，最好要經歷過從0到1的過程。

 

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