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浅析BMS怎么选择合适的AFE

时间:2019-05-15 来源: 关键字:   

AFE(analog front end),中文是模拟前端,在BMS里面专指电池采样芯片,用来采集电芯电压和温度等。

本文引用地址: http://power.21ic.com//ce/technical/201905/91542.html

写这个之前,想了比较久,AFE这一块实在是能写的地方太多了,某一个小地方都可以扯上一阵;最后还是决定从一个问题切入,中间顺带介绍一点AFE相关东西,这样内容就不至于显得太生硬和教条化。

这个问题就是:如何选择一款合适的AFE?

 

 

AFE在BMS里面的位置(图片于TI官网)

按照正常的思维逻辑,当然是对我们的输入需求进行分析,然后再做出选择;实际呢,上面这句话只有一半是对的,因为可供我们选择的AFE不多,所有的需求都要向现实妥协;就像一个大厨,可以做出满足顾客需求的各类风味,但手里却只有豆腐这一种食材,怎么都有些捉襟见肘。

 

 

上图是ADI的LTC6813的内部功能框图,目前市面上可以接触到的AFE内部结构大同小异,不同点更多是集中在硬件资源方面;还有的话就是针对功能安全要求所设计的架构形式。简单来讲,最主要的不同点是采样通道数量、内部ADC的数量、类型与架构(关于ADC这一块,后面可以单独拿出来讨论)。

我们获得的外部输入需要主要于两部分:国内外标准以及客户的需求。两个部分之间一定会有交叉,这就需要我们自己去分辨了,好消息是,一般客户的需求会比标准要严格。

BMS可以参考的主要标准是QC/T 897-2011,由于更新的版本暂时还没出来,先拿这个来讲;里面针对AFE最主要的要求就是采集精度(如下图),这个是我们的底线;标准里面指标要求不是很严格,而且测试条件写的很模糊,最新的讨论稿要好很多。关于AFE的电压采集精度的测量与验证,看起来简单,但怎么实现一个精准的电压参考源,尤其在EMC测试中,是一个值得讨论的问题。

 

 

来自客户的需求就比较多了,其中影响AFE选择的主要就是电池模组的配置。例如,最小的一个Module是几串几并的?一共有多少个模组? 再就是一些细节的要求,如采样精度,温度点数量,功能安全需求等。

现实应用中,对于并联在一起的电芯,我们是当做同一个电芯去采样的;进一步的,电芯基本都是先并后串,用以减少对采样通道的需求;但让我们头疼的事情是,一个Module里面串联的电芯数量不是固定的,再就是电芯的总串联数量也不统一。这样的话就需要我们去匹配每一种模组的电芯数量,更不幸的是,AFE的最大电压通道数量是不连续的分布(主要分为3个档次:6s左右、12s左右和18s左右),这样就要仔细选择合适的通道数量进行匹配,做到既不浪费也不勉强。所以尤其对于第三方独立的BMS厂家来说,因为本身的话语权有限,夹在主机厂和电芯厂之间,想做出一个平台版本的产品是比较困难的。

 

 

而且还会涉及到一种比较特殊的场景,就是AFE跨接模组进行采样(如下图)。简单说就是把铜排上面的压降一起采回来;我们可能用一个独立的通道去采集,或者把它和电芯放在一起去采集。无论哪种方式,都会涉及到一种负压的采样问题,这就需要AFE的采样通道可以承受负压,目前来看,能做到的厂家不多,很多厂家的产品都在朝这个方向演进。

 

 

除了采样精度外,容易被我们忽略的就是AFE的温度采样通道数量。推荐的温度通道与电压通道数量比是1:2,不要再小了,因为可能会造 成温度通道数量不够用。除了采集外部的NTC,板内还可能会有一些模拟信号,所以,温度采样通道是比较紧张的资源。

目前可供我们选择的车规AFE资源是有一些的(如下表),可能有些信息不太准确,有些还处于样片阶段,仅供参考。里面把美国和非美国的器件分了类,其实NXP和瑞萨与美国的关系也比较密切,有些说不清。国内的AFE起步有点晚,可以看到实际上车的几乎没有。

 

 

总结

前面走马观花地介绍了选择AFE的几个主要依据,其实如果公司的平台已经建立好,就很难选型新的AFE,只在老的平台上反复演进。把成熟的电路拿过来直接用,对工程师来讲,是好事也是坏事,从长远看,最好要经历过从0到1的过程。

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