新能源技術(shù)在快速發(fā)展，而電池作為能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵組件，在電動(dòng)汽車(EV)、移動(dòng)設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。目前最廣泛使用的電池就是鋰電池，因其高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和低自放電率等優(yōu)點(diǎn)，成為目前最主流的電池。針對(duì)電池帶來的安全隱患，通常采用電池管理系統(tǒng)(BMS)對(duì)電池以及電池組進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù)。它通過精確控制電池的充放電過程，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的電壓、電流、溫度等關(guān)鍵參數(shù)，以及估算電池的荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)，同時(shí)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如切斷電池供電或發(fā)出警報(bào)。這些保護(hù)措施可以有效降低電池組的故障風(fēng)險(xiǎn)，并確保電池組的安全運(yùn)行。目前鋰電池管理系統(tǒng)BMS開始普遍使用AFE(模擬前端)+MCU來實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)管理系統(tǒng)，AFE負(fù)責(zé)將電池的電壓、電流和溫度等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，供微控制器或處理器進(jìn)行進(jìn)一步處理。AFE還可通過集成多種功能，提供對(duì)電池組的監(jiān)測(cè)、優(yōu)化和保護(hù)，適配更多場(chǎng)景的應(yīng)用，并確保電池組的安全運(yùn)行和最大化使用壽命。

在新能源技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，電池作為能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)的核心部件，其重要性不言而喻。鋰電池因具有優(yōu)越的性能，已經(jīng)成為電動(dòng)汽車、移動(dòng)設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域的首選。而隨著鋰電池應(yīng)用的廣泛，其安全性問題也日益凸顯。電池管理系統(tǒng)(BMS)作為確保電池安全運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展對(duì)于提升電池性能和保障用戶安全至關(guān)重要。

AFE(AnalogFront End) 是模擬前端電路的縮寫，它是模擬信號(hào)傳感器和數(shù)字信號(hào)處理器之間的連接點(diǎn)。在BMS里面專指電池采樣芯片，用來采集電芯電壓和溫度等。AFE采樣精度是指模擬信號(hào)被數(shù)字化后的準(zhǔn)確度，對(duì)于很多電子設(shè)備來說，這是一個(gè)至關(guān)重要的性能指標(biāo)。本文將介紹影響AFE采樣精度的因素，并提供一些解決方法。AFE 是 BMS 中的集成電路 (IC)，旨在將 BMS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和操作所需的所有模擬電路封裝到一個(gè)小型封裝中。它包含用于測(cè)量電池堆中每個(gè)電池單元的電壓值。AFE 可以在 0-5V 范圍內(nèi)測(cè)量電池組中的 3 到 15 個(gè)串聯(lián)電池。

BMS AFE芯片技術(shù)門檻很高，由于涉及到產(chǎn)品安全，需要長(zhǎng)期深耕。在BMS AFE領(lǐng)域，TI(德州儀器)、ADI(亞德諾半導(dǎo)體)、NXP(恩智浦)、瑞薩(Renesas)等巨頭非常具備代表性，四家合計(jì)占了將近9成的市場(chǎng)份額。而能提供車規(guī)級(jí)BMS芯片的供應(yīng)商主要有ADI(AFE產(chǎn)品主要來自收購(gòu)MAXIM、Linear的產(chǎn)品線)、TI、英飛凌、NXP、瑞薩(AFE產(chǎn)品主要來自收購(gòu)Intersil的產(chǎn)品線)、ST和ONsemi(安森美)等企業(yè)。TI作為半導(dǎo)體行業(yè)大佬，AFE也非常強(qiáng)大，覆蓋面也非常廣，從低壓到高壓基本全有。比如說，筆記本電腦、醫(yī)療與測(cè)試設(shè)備、便攜儀表適用的1串~4串BQ40z50-R1，適用兩輪車、基站儲(chǔ)能電池的3串～15串BQ76930，最高6串的車規(guī)級(jí)BQ756506-Q1，最高18串的車規(guī)級(jí)BQ79718-Q1。

現(xiàn)在這個(gè)時(shí)代啊，因?yàn)锳I大模型火起來了，機(jī)器人的發(fā)展也越來越快了。電池包可是機(jī)器人能量供應(yīng)的關(guān)鍵部分，它的性能和安全直接關(guān)系到機(jī)器人干活的效率和靠譜程度。像機(jī)械臂、AMR這種類型的機(jī)器人，它們的工作場(chǎng)景特別復(fù)雜，這就對(duì)電池管理系統(tǒng)提出了不少要求。在管理電池包的時(shí)候，AFE芯片(就是模擬前端芯片)就派上大用場(chǎng)了，它能精準(zhǔn)地處理信號(hào)，在機(jī)器人電池包的設(shè)計(jì)里那是核心器件之一。

AFE芯片的主要任務(wù)呢，就是讓模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)能順暢對(duì)接。在機(jī)器人電池包里，它會(huì)用多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)電芯的電壓、溫度以及充放電電流這些重要數(shù)據(jù)，然后把這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)，好讓微控制器(MCU)來處理。這個(gè)過程呀，不僅要非常精確(一般要達(dá)到12到16位ADC分辨率)，還得能抵抗復(fù)雜環(huán)境里的干擾。機(jī)器人對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景的要求很特別，這就讓AFE芯片變得非常重要。先說第一個(gè)作用：多節(jié)電池要平衡管理，這是電池包設(shè)計(jì)的核心。AFE芯片通常用被動(dòng)均衡技術(shù)來動(dòng)態(tài)調(diào)整每節(jié)電池之間的電荷分配，這樣就能防止因?yàn)閱蝹€(gè)電池差異太大而導(dǎo)致整個(gè)電池組的容量下降，還能延長(zhǎng)電池的整體使用壽命。

再來說第二個(gè)作用：安全保護(hù)特別關(guān)鍵。當(dāng)AFE芯片檢測(cè)到電壓過高、過低、溫度過高或者短路等問題時(shí)，它能通過硬件電路迅速切斷充電和放電的回路，還會(huì)發(fā)出警報(bào)，給機(jī)器人提供毫秒級(jí)別的安全保障。最后說第三個(gè)作用：數(shù)據(jù)交換的速度和效率直接影響系統(tǒng)的性能。有些AFE芯片使用菊花鏈?zhǔn)降耐ㄐ沤Y(jié)構(gòu)，能讓多個(gè)模塊串聯(lián)起來，大大簡(jiǎn)化電池包內(nèi)部的布線工作。而且它們還能通過SPI或者I2C協(xié)議跟主控器進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸，這樣整個(gè)系統(tǒng)的工作效率就更高了。CW1573這顆芯片啊，是個(gè)挺厲害的模擬前端芯片(簡(jiǎn)稱AFE)，專門用來對(duì)付3到7串鋰電池、磷酸鐵鋰電池、鋰聚合物電池，還有鈉離子電池這些家伙。它能給電池包測(cè)電壓、電流和溫度，而且測(cè)得特別準(zhǔn)。還支持I2C通信，就是那種能讓芯片跟其他設(shè)備對(duì)話的方式。另外呢，它里面自帶過充、過放、過流和溫度保護(hù)的功能，還能自動(dòng)去處理這些問題，不像別的芯片還要靠外頭的東西幫忙。而且它還有均衡功能，能讓電池組里的每個(gè)電池都差不多滿電或者差不多沒電。

要是跟MCU(就是微控制單元)一起用的話，那它還能給用戶提供實(shí)時(shí)的電壓、電流、溫度信息，還能告訴你電池還剩多少電，甚至可以定制一些專屬的保護(hù)功能。像吸塵器、電動(dòng)工具、戶外電源這種東西，就特別適合裝這個(gè)芯片。

精確電池電壓測(cè)量容差A(yù)FE(Analog Front End，模擬前端)?在電池管理系統(tǒng)(BMS)中起著至關(guān)重要的作用。AFE芯片負(fù)責(zé)采集電池的電壓、電流和溫度等模擬信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，供微控制器或處理器進(jìn)行進(jìn)一步處理。通過精確測(cè)量這些參數(shù)，BMS能夠更好地管理電池的充放電過程，保護(hù)電池免受過充、過放、短路等問題的影響，確保電池組的安全運(yùn)行和延長(zhǎng)使用壽命?12。

AFE芯片的主要功能和技術(shù)指標(biāo)

?電壓測(cè)量精度?：AFE芯片對(duì)電池電壓的測(cè)量精度通常以毫伏為單位，較高的測(cè)量精度可以提高系統(tǒng)對(duì)電池狀態(tài)的檢測(cè)和管理能力。

?電流測(cè)量精度?：用于檢測(cè)電池的充放電電流，電流測(cè)量精度也是一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。

?溫度測(cè)量精度?：溫度對(duì)電池的性能和壽命有重要影響，因此溫度測(cè)量精度也是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。

?采樣速率?：指芯片對(duì)電池狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行采樣的速度，較高的采樣速率可以提高系統(tǒng)對(duì)電池狀態(tài)變化的響應(yīng)速度。

?通信接口?：常見的通信接口包括SPI、I2C等，這些接口的類型和性能也是重要的技術(shù)指標(biāo)。

?功耗?：作為電池管理系統(tǒng)的一部分，較低的功耗可以延長(zhǎng)系統(tǒng)的電池續(xù)航時(shí)間。

?故障保護(hù)功能?：包括過壓、欠壓、過流、短路等保護(hù)功能，以保障電池的安全運(yùn)行?2。

AFE芯片在BMS中的應(yīng)用實(shí)例和優(yōu)勢(shì)

AFE芯片通過集成多種功能，提供對(duì)電池組的監(jiān)測(cè)、優(yōu)化和保護(hù)，適配更多場(chǎng)景的應(yīng)用。例如， 英集芯IP3281 是一款低功耗電池組保護(hù)器，用于10~16節(jié)串聯(lián)鋰離子/聚合物可充電電池的初級(jí)保護(hù)解決方案，集成了電壓、電流和溫度檢測(cè)和保護(hù)功能?1。此外， 杰華特JW33708 是一款多電池堆的監(jiān)測(cè)和保護(hù)芯片，支持4-8串電池應(yīng)用，具有高精度的電壓和電流測(cè)量能力，并支持被動(dòng)均衡功能?1。通過這些技術(shù)指標(biāo)和應(yīng)用實(shí)例，可以更好地理解AFE芯片在BMS中的作用和優(yōu)勢(shì)，確保電池組的安全運(yùn)行和最大化使用壽命。