BMS芯片分类、厂家、选型和技术展望

摘要:电池管理系统(BMS)作为新能源应用中的大脑,在电动汽车、储能系统和消费电子等领域发挥着至关重要的作用。BMS芯片作为BMS系统的核心组件,负责监控电池状态、保证安全运行并优化能量使用。本文主要通过锂电BMS芯片的分类和应用场景,介绍其中最关键的模拟前端(AFE芯片和对应的厂商特点。结合BMS电路容差分析,对未来BMS技术发展的展望。
关键词:BMS;模拟前端;容差分析;芯片选型
      BMS芯片按照功能主要分为电池计量芯电池计量芯片(Fuel Gauge IC)、电池安全芯片(Protection IC)、充电管理芯片(Charge Management IC)和模拟前端(AFE)芯片。

       随着新能源汽车、便携式医疗健康产品和储能市场的持续扩大,BMS芯片市场迎来了爆发式增长。具体细分到BMS的关键组件,AFE(模拟前端)市场预计将从2022年的9.3亿美元增长到2028年的22.4亿美元。越来越多的企业因为看到这个领域的巨大潜力,纷纷入局这个赛道。
      AFE是模数混合芯片,综合了ADC采样、电源管理、信号处理等技术,于是ADC、电源、MCU行业人员也加入研发AFE芯片,国内的AFE新势力很多都有在国际品牌工作过的经历。
      基于电池安全芯片的BMS系统被称为纯硬件方案,自身能够实现电压、电流、温度等保护功能,芯片内部逻辑框图举例如下。保护参数需要基于电芯类型(磷酸铁锂vs三元,动力电芯vs非动力电芯)而设计。

      与纯硬件方案不同,AFE芯片核心功能在于高精度采集电池电压、电流、温度数据,支持电池均衡控制,为 SOC/SOH 算法提供基础数据。以下类比仅作参考。


      网上搜到一份国内外BMS厂家的AFE名单,是个不错的参考。部分内容有变动,还有部分厂家未列入其中,请大家自行核实。


      在BMS电路设计之前,需要先确认产品属于哪个应用场景,消费级、工业级和车规级产品对设计的要求是不同的。以下表格仅供参考。


      BMS芯片选型需要重点关注几个关键技术参数:(1)测量精度与范围(应用场景的精度要求和电池串数);(2)功耗特性(多种电源模式,梯度管理)(3)通信接口与速率(菊花链、SPI等,可靠性要求);(4)均衡功能与效率(均衡电流大小,均衡策略);(5)功能安全与认证(汽车电子领域,AEC-Q100和ISO26262)


      影响精度的关键因素主要包括:

(1)硬件设计:分压电阻精度(±0.1%:±0.5mV,±1%:5mV);ADC分辨率与架构(5V/2^12 :1.22mV,不考虑温漂和噪声);通道匹配性(多通道电芯间采样偏差±2mV,避免误判不均衡)

(2)软件算法:校准与补偿(基准电压自校准/温度补偿,±20mV:±5mV);数字滤波(滑动平均/卡尔曼滤波抑制噪声)

(3)应用环境:温度范围(范围内精度良好,范围外梯度误差);动态响应(高速采样和动态补偿消除大电流充放电影响)

       在选择BMS芯片厂商时,除了技术参数外,还应考虑:(1)价格与成本;(2)技术支持与服务;(3)供货稳定性;(4)本地化服务;(5)长期合作意愿;

      通过分级设计,BMS 芯片在不同场景中实现了性能、成本与可靠性的最优平衡,推动新能源产业向更高效率、更安全的方向发展。


      近年来,高精度测量、电化学阻抗谱(EIS)无线BMS主动均衡芯片等新型技术正在继续挖掘中,都是为了提升电芯使用的高效性、可靠性和安全性。


      虽然目前国产AFE与国外厂商还有差距,中国作为全球最大的电动汽车和消费电子生产国,其广泛的应用场景必将通过产业链整合加速技术创新和产品升级,提高国际竞争力。

作者:极客头条

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