在所有的電子系統(tǒng)中，電池系統(tǒng)無疑是大家都密切關(guān)注的。電池系統(tǒng)包括可充電電池本身鋰離子電池以及電池管理系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)之下分了很多子系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)既要能夠大幅度提高電池的使用率，也要對電池的安全性負(fù)責(zé)。

　　在電池管理芯片細(xì)分領(lǐng)域里，有電池計(jì)量芯片，電池安全芯片以及充電管理芯片三大類。電池計(jì)量芯片采集電池信息并計(jì)算電量，它可以測量和報(bào)告有關(guān)電池組的許多關(guān)鍵方面，如電壓、溫度、充/放電電流和剩余容量預(yù)測，這類芯片與電池保護(hù) IC 可以分立，也可以集成。

　　BMS計(jì)量芯片的關(guān)鍵之處

　　對于計(jì)量系統(tǒng)來說，硬件、算法、固件三大核心缺一不可。算法用于對電池建模，目前常用的算法包括電壓查表法、庫侖計(jì)數(shù)法、CEDV算法、阻抗跟蹤算法、DVC算法。固件則把算法通過變成實(shí)現(xiàn)，計(jì)算輸出容量信息。

　　計(jì)量系統(tǒng)的輸入是電池電壓、電流和溫度，然后通過對電池建模來計(jì)算輸出容量信息，在算法與固件之前，硬件是最基礎(chǔ)的前提，沒有性能優(yōu)異的硬件來實(shí)現(xiàn)高精度采樣以及低功耗的運(yùn)行，準(zhǔn)確的計(jì)量也就無從談起。

　　(計(jì)量芯片測量和建模過程，TI)

　　為了計(jì)算基本的電池組信息，計(jì)量系統(tǒng)需要測量充放電進(jìn)程、電池組電壓和溫度。以純庫侖計(jì)數(shù)的計(jì)量系統(tǒng)為例，在這種主要依賴充放電集成來確定充電狀態(tài)的系統(tǒng)種，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率和精度至關(guān)重要。使用這種類型的計(jì)量芯片，轉(zhuǎn)換器必須整合所有充放電活動(dòng)，包括當(dāng)系統(tǒng)處于睡眠、待機(jī)或關(guān)閉狀態(tài)時(shí)發(fā)生的活動(dòng)。如果系統(tǒng)關(guān)閉和放電頻率很小，并且計(jì)量芯片沒有精確集成低放電水平的范圍，那么隨著時(shí)間的推移，可能會(huì)出現(xiàn)顯著的流量誤差。因此有著高魯棒性和高分辨率的器件才能在整個(gè)流程中確?？煽啃院蜏?zhǔn)確度。

　　我們知道在BMS類芯片里，長久以來都是歐美企業(yè)占據(jù)上風(fēng)，計(jì)量芯片市場格局里也大致如此，在動(dòng)力電池領(lǐng)域芯片國產(chǎn)廠商仍在初步布局階段，但在消費(fèi)電子領(lǐng)域國產(chǎn)化替代發(fā)展得非?？臁?/p>

　　歐美主要廠商BMS計(jì)量芯片

　　ADI：20位ADC計(jì)量的車規(guī)級芯片

　　ADI的計(jì)量芯片采用無縫的獨(dú)特檢測技術(shù)，具有出色的精度，不考慮Maxim的產(chǎn)品序列一共有15個(gè)料號，其中有1個(gè)車規(guī)級。高端電流檢測支持下游故障檢測并避免接地干擾。模擬積分器對電荷直接進(jìn)行數(shù)字化，從而消除放大器偏移，使增益誤差最小，總電荷精度更高。一些型號還提供電池電壓和溫度，而另一些型號則集成檢測電阻，使器件數(shù)量最少并進(jìn)一步提高精度。

　　(車規(guī)級計(jì)量芯片LTC2949，ADI)

　　車規(guī)級應(yīng)用上計(jì)量芯片，高壓、高精度、低功耗特性缺一不可。在車規(guī)級BMS計(jì)量芯片上ADI的LTC2949能夠做到<1μV 失調(diào)電壓的20位電流測量，電流和電壓精度0.3%，電能和電量精度1%。在ADC上深厚的技術(shù)積累，芯片所使用的低偏置ΔΣ ADC可確保以微小的功率損耗精確測量電壓和電流，并對電池組所傳遞或接收的電量和電能進(jìn)行無損跟蹤。

　　在非車規(guī)級的計(jì)量芯片上，器件多配置14或16位ADC進(jìn)行測量，16位的預(yù)發(fā)布料號LTC2959有1%的電壓、電流和充電精度，對于功耗把控得更嚴(yán)格，有著 <1.0μA的超低功耗。

　　TI：品類俱全的計(jì)量芯片系列

　　TI的計(jì)量芯片共113種料號，以新發(fā)布的料號BQ27Z746為例，使用具有連續(xù)采樣功能的積分轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測量，針對庫侖計(jì)數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，具有優(yōu)于3-nVh的分辨率和小于 1-μV的偏移測量誤差，而且TI專利的Impedance Track技術(shù)能夠?qū)﹄姵胤烹娗€進(jìn)行準(zhǔn)確建模。在非車規(guī)應(yīng)用上的計(jì)量芯片TI對于功耗把控得同樣很嚴(yán)格，BQ27Z746在關(guān)斷模式下有著 <0.2μA超低功耗。

　　(BQ系列，TI)

　　在車規(guī)級應(yīng)用上，BQ34210-Q1的電流和電壓精度位0.3%，同樣極為精準(zhǔn)。電量監(jiān)測功能使用電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)以及補(bǔ)償放電結(jié)束電壓(CEDV)技術(shù)來提供荷電狀態(tài)和運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)以預(yù)測電池情況，同時(shí)還能自動(dòng)調(diào)整老化、溫度和速率對電池的影響。

　　動(dòng)力電池和儲能電池領(lǐng)域所用電池組通常為多串電池組，由多顆電芯串并聯(lián)組成，遠(yuǎn)多于消費(fèi)電池等其他領(lǐng)域，技術(shù)門檻更高，被這些龍頭壟斷。而在消費(fèi)類市場上，尤其是手機(jī)市場上，國產(chǎn)廠商已逐漸完成國產(chǎn)替代，那么我們來看一看國產(chǎn)廠商的BMS計(jì)量芯片實(shí)力。

　　國產(chǎn)廠商BMS計(jì)量芯片

　　賽微微電子：性能突出的消費(fèi)類計(jì)量芯片

　　賽微微電子的計(jì)量芯片已經(jīng)應(yīng)用在眾多電子產(chǎn)品中，因產(chǎn)品極低的功耗、超小尺寸的封裝和精準(zhǔn)的電量計(jì)量而廣受好評。

　　(CW2217,賽微微電子)

　　賽微微電子的CW221xB系列計(jì)量芯片共5個(gè)料號，除開CW2015與CW2017只采用14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，剩下3個(gè)料號均采用14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫度和電壓檢測，16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電流檢測，運(yùn)行獨(dú)有的FastCali電量計(jì)算法。CW2217B可支持低至1mΩ的檢流電阻，在應(yīng)用中可有效降低檢流電阻在10A+充電的路徑中的電壓損耗，減少系統(tǒng)發(fā)熱，提升充電效率，CW2215B有著工作模式下的5μA的低功耗，全系列在休眠模式下都有著0.5μA低功耗。電量整體精度在3%左右。

　　中穎電子：自研計(jì)量SOC

　　中穎電子的SH79F系列電能計(jì)量SOC一共8個(gè)料號，配置不同的閃存、隨機(jī)存儲器以及CPU時(shí)鐘。各料號配置的ADC各不相同，有3×10位、5×10位、5×14位以及8×14位等。其低功耗計(jì)量模式下，SH79F7019A有低至800uA(3路ADC，掉零線模式)的功耗。配置8×14位的SH79F7011A電壓電流誤差小于0.5%，有功電能計(jì)量下整體誤差小于3%。

　　作為低功耗高性能電能計(jì)量的SOC芯片，片內(nèi)集成了單相電能計(jì)量、日歷時(shí)鐘、溫度傳感器、LCD驅(qū)動(dòng)器和增強(qiáng)型8051核等功能。作為中穎電子自行組織研發(fā)多年累計(jì)的成果，旗下的計(jì)量芯片在國內(nèi)市場也是相當(dāng)優(yōu)秀。

　　矽力杰：車規(guī)級計(jì)量芯片

　　(SA59202DAA，矽力杰)

　　矽力杰獲得AEC-Q100認(rèn)證的車規(guī)級應(yīng)用多節(jié)電池計(jì)量芯片SA59202DAA采用12位ADC測量電壓和電流，用高精度庫侖計(jì)數(shù)器測量電池累積充電和放電。電流ADC擁有±64mV感應(yīng)電壓范圍和低值的外部電流檢測電阻，能實(shí)現(xiàn)1%的電壓，電流和充電精度。

　　上海貝嶺(銳能微)

　　銳能微主營業(yè)務(wù)為智能電表計(jì)量芯片的研發(fā)，在2017年被上海貝嶺收購。旗下共6個(gè)料號，其中RN821X電能計(jì)量SOC芯片在有功計(jì)量上誤差小于5%。單相多功能計(jì)量芯片RN7302具備兩路高精度測量ADC，在電流和電壓測量上有效值誤差<1%。

　　芯?？萍?/p>

　　芯?？萍嫉腃SE77xx系列有2個(gè)料號，其中的CSE7761電能計(jì)量芯片，內(nèi)部集成了3路sigma-delta ADC，提供高速的電壓、電流的波形數(shù)據(jù)和電壓有效值、電流有效值、有功功率和視在功率的瞬時(shí)數(shù)據(jù)，提供2路的有功能量計(jì)量。電壓和電流有效值測量誤差<1%，有功電能誤差<5%。

　　(芯?？萍?

　　還有一些國產(chǎn)廠商也在布局計(jì)量芯片，這里不一一列舉。總的來看在車規(guī)級應(yīng)用上的計(jì)量芯片國內(nèi)不多，在其他領(lǐng)域的應(yīng)用上性能還想相當(dāng)具有競爭力的。

　　BMS計(jì)量芯片性能對比

　　寫在最后

　　在非汽車應(yīng)用上，國產(chǎn)廠商已經(jīng)取得了突破，隨著國內(nèi)企業(yè)在BMS技術(shù)領(lǐng)域持之以恒的研發(fā)投入和應(yīng)用實(shí)踐，非車規(guī)級應(yīng)用上的產(chǎn)品性能已經(jīng)不遜色于歐美大廠，逐漸完成國產(chǎn)替代。對于技術(shù)門檻更高的動(dòng)力電源BMS芯片，國內(nèi)仍有待發(fā)展。

　　在全球主流BMS計(jì)量芯片供應(yīng)商的相關(guān)產(chǎn)品陷入缺貨漲價(jià)狀態(tài)后，市場缺口不小，而國內(nèi)市場對BMS類芯片，尤其是汽車BMS類芯片的需求還在持續(xù)增長。市場強(qiáng)勁的需求對于國產(chǎn)計(jì)量芯片既是機(jī)會(huì)也是挑戰(zhàn)。