引言

????? BMS AFE芯片作為電池管理系統的核心器件，在電池管理系統中承擔著重要角色。

華太電子擬對BMS AFE的常見問題做一些解答，全文分兩期，本期問答主要涵蓋BMS AFE應用中的常見問題，比如量測功能、高邊/低邊驅動、電壓采集、電流采集、被動均衡、實時保護等。下期主要講解電池安全相關內容：電池健康在線實時檢測和其他高階保護功能等。?????

Q1BMS AFE主要提供哪些測量功能？

在BMS的使用中，AFE主要實現以下測量功能：

電芯（CELL）電壓采集

電池組總電壓（BAT+）采集

電池包總電壓（PACK+）采集

使用NTC電阻對電芯溫度和放電MOSFET的溫度采集

電池充放電的電流采集

通過對上述狀態的檢測，電池管理系統可以完成電池的荷電狀態（簡稱SoC）和電池健康狀態（簡稱SoH）的計算，并為電池系統的安全運行提供決策依據.

Q2AFE芯片的高邊和低邊驅動指的是什么，有什么區別？

首先，并不是所有AFE芯片都具備高低邊驅動電路，部分AFE芯片僅提供電壓、電流和溫度測量。AFE通過獲取電池的電壓、電流和溫度信息來做出判斷，并通過其他芯片完成系統的充放電控制。接下來重點描述高低邊驅動的差別。

高邊驅動：

在充放電過程中，通過MOSFET或繼電器來控制PACK+與BAT+之間的通路，實現充放電路徑的使能或關閉。

集成高邊驅動的AFE芯片

優點：

即使主回路斷開，負極仍然連接，因此系統可以通過輔助電源獲取供電繼續工作，并且可以通過非隔離的接口與電池組進行通信?？梢怨澥×擞捎诘財嚅_之后，獨立隔離電源和隔離接口成本。同時，由于地回路常在，即使主回路斷開，當系統進行調試時候，不會因為調試設備連接，造成風險。

缺點：

由于充放電主回路使用N型MOSFET，驅動N型MOSFET需要比電池電壓更高的驅動電壓，因此需要電荷泵才能打開，需要AFE芯片內部集成高性能電荷泵芯片。

低邊驅動：

在BAT-與Pack-之間增加MOSFET或繼電器，實現充放電使能或關閉。

集成低邊驅動的AFE芯片

優點：

設計簡單，因為N型MOSFET開啟只需要比GND更高的電壓，而不需要額外的升壓驅動電路。

缺點：

由于負極在切斷后，控制系統與電池之間的地斷開，因此無論是電源還是通信都需要隔離，增加了設計成本。此外，如果在調試或使用中出現異常接地，可能會形成意外的導通，帶來一定的風險。

同時需要注意的是，在系統應用中，不論是高邊還是低邊，使用MOSFET時的耐壓沒有本質區別，因為在短路情況下，MOSFET兩側都會有從電池正極到地的電壓。在更高功能安全系統中，可能會同時控制高邊和低邊，在單側故障無法關斷時，可以關斷另一側，從而降低系統不安全風險。

Q3BMS的Cell引腳提供哪些功能？

BMS的每個Cell引腳雖然只有2個或3個引腳，但其提供的功能卻非常豐富。

電壓采集：

這些引腳通過連接電芯的正負端，直接對電芯電壓進行采樣。為了防止采樣過程中的干擾，通常在電芯和測量端之間安裝串聯電阻和并聯電容進行濾波。電阻和電容除了濾波作用外，還可以抑制電池引線上的浪涌電壓和電流，從而保護AFE芯片。然而，電阻和電容的參數并不是越大越好，過大的RC會影響采樣的建立時間，因為AFE的采樣大部分是通過內部開關輪詢，過大的RC會降低采樣速度，或者引起采樣誤差。

實時檢測：

Cell引腳連接到內部的比較器可以提供硬件保護功能，在出現電芯的過壓或欠壓時，AFE可以觸發保護，從而關斷充放電的MOSFET、繼電器或三端EFUSE器件，確保電芯在安全區間內使用。

被動均衡：

除了電壓采集和保護外，Cell引腳還連接到內部的被動均衡MOSFET，在滿足條件后可以開啟均衡。有些AFE設置獨立的均衡引腳，有些僅利用Cell的兩個引腳來實現均衡。設置獨立均衡引腳的優點是可以單獨設置采樣濾波電阻和均衡電阻，不會形成耦合，但會占用獨立引腳且需要更多的外圍電阻。

斷線檢測：

AFE通常開啟內部的恒流源進行斷線檢測功能。如果電芯和AFE之間的連接斷開，恒流源會把并聯電容上的電荷泄放，從而使Cell端口電壓快速下降。如果電芯和測量引腳處于連接狀態，端口電壓將保持穩定。

Q4BMS AFE芯片為什么要進行電流測量？

電流作為電池管理系統的重要參數，對于電池SoC的估計非常關鍵，特別是對于磷酸鐵鋰電池，由于電壓平臺比較平坦，單獨利用電壓平臺較難準確計算SoC的信息。通過電流檢測，結合卡爾曼濾波算法，可以更準確地獲取SoC的信息。

庫侖計功能：

除了單獨電流檢測，部分AFE可以利用精確的電流檢測及庫侖計功能，對充放電電荷進行連續累計。即使在主控MCU不干預的情況下，仍然可以獲取系統充放電電荷的信息。高精度和高速度采樣對于準確計算電池包的電量非常重要。高精度可以對于電荷測試更加準確，高速度能夠采集到負載變化時的峰值和谷值，從而提高積分顆粒度，使電荷計算更加準確。

實時保護：

除了ADC測量外，電流通道還配置快速比較器模塊。一旦出現充電過流、放電過流或短路情況，AFE的邏輯控制電路可以快速關閉充電或放電的MOSFET或繼電器，從而保護電池包和負載。

總結

華太電子高集成的BMS AFE芯片，包含了電芯電壓、電池總壓、電池包總壓、芯片和外部NTC溫度以及電流的測量，上述狀態會被比較器實時監控。在AFE芯片Cell端可以實現內部均衡和斷線檢測，在電池Pack端可以實現充電器插入及負載移除的檢測。同時，內部集成了高驅動能力電荷泵及高邊充放電驅動電路，充放電與保護檢測可以根據用戶配置實現聯動?？紤]多芯片級聯使用場景，AFE 芯片也兼容低邊驅動設計。除了基本測量和保護之外，華太電子BMS AFE還提供了阻抗測量和高階保護功能，我們會在下期文章中進行詳細的描述。

我們會持續針對BMS AFE芯片使用中的常見問題進行總結，與客戶一起快速開發出高性能的電池管理系統。