淺析BMS怎么選擇合適的AFE

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(shí)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(diǎn)AFE相關(guān)東西，這樣內(nèi)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(wǎng)）

按照正常的思維邏輯，當(dāng)然是對我們的輸入需求進(jìn)行分析，然后再做出選擇；實(shí)際呢，上面這句話只有一半是對的，因?yàn)榭晒┪覀冞x擇的AFE不多，所有的需求都要向現(xiàn)實(shí)妥協(xié)；就像一個大廚，可以做出滿足顧客需求的各類風(fēng)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(nèi)部功能框圖，目前市面上可以接觸到的AFE內(nèi)部結(jié)構(gòu)大同小異，不同點(diǎn)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(shè)計的架構(gòu)形式。簡單來講，最主要的不同點(diǎn)是采樣通道數(shù)量、內(nèi)部ADC的數(shù)量、類型與架構(gòu)（關(guān)于ADC這一塊，后面可以單獨(dú)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(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)以及客戶的需求。兩個部分之間一定會有交叉，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(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格。

BMS可以參考的主要標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)里面指標(biāo)要求不是很嚴(yán)格，而且測試條件寫的很模糊，最新的討論稿要好很多。關(guān)于AFE的電壓采集精度的測量與驗(yàn)證，看起來簡單，但怎么實(shí)現(xiàn)一個精準(zhǔn)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(xì)節(jié)的要求，如采樣精度，溫度點(diǎn)數(shù)量，功能安全需求等。

現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，對于并聯(lián)在一起的電芯，我們是當(dāng)做同一個電芯去采樣的；進(jìn)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(lián)的電芯數(shù)量不是固定的，再就是電芯的總串聯(lián)數(shù)量也不統(tǒng)一。這樣的話就需要我們?nèi)テヅ涿恳环N模組的電芯數(shù)量，更不幸的是，AFE的最大電壓通道數(shù)量是不連續(xù)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(xì)選擇合適的通道數(shù)量進(jìn)行匹配，做到既不浪費(fèi)也不勉強(qiáng)。所以尤其對于第三方獨(dú)立的BMS廠家來說，因?yàn)楸旧淼脑捳Z權(quán)有限，夾在主機(jī)廠和電芯廠之間，想做出一個平臺版本的產(chǎn)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(jìn)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(dú)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(fù)壓的采樣問題，這就需要AFE的采樣通道可以承受負(fù)壓，目前來看，能做到的廠家不多，很多廠家的產(chǎn)品都在朝這個方向演進(jìn)。

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(shù)量。推薦的溫度通道與電壓通道數(shù)量比是12，不要再小了，因?yàn)榭赡軙斐蓽囟韧ǖ罃?shù)量不夠用。除了采集外部的NTC，板內(nèi)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(guī)AFE資源是有一些的（如下表），可能有些信息不太準(zhǔn)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(shí)NXP和瑞薩與美國的關(guān)系也比較密切，有些說不清。國內(nèi)的AFE起步有點(diǎn)晚，可以看到實(shí)際上車的幾乎沒有。

總結(jié)

前面走馬觀花地介紹了選擇AFE的幾個主要依據(jù)，其實(shí)如果公司的平臺已經(jīng)建立好，就很難選型新的AFE，只在老的平臺上反復(fù)演進(jìn)。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(yuǎn)看，最好要經(jīng)歷過從0到1的過程。