开发电池管理系统时必须考虑的五件事

随着电池管理系统 （BMS） 正在改变电动交通方式，我们在今年年初发布了L9963E ，以应对中国和全球的新能源汽车。该设备具有独特的架构，使其能够测量 4 到 14 个串联电池而没有任何去同步延迟，我们的测试表明，可以菊花链式连接 31 个设备，同时仍然享受不到 4 µs 的延迟。

然而，L9963E 远远超出了简单的电压测量或典型的库仑计数器，这就是为什么我们还发布了一份白皮书来深入研究 BMS 设计的复杂性。此外，为了进一步帮助工程师和决策者，我们想看看在开发电池管理系统时必须考虑的五件事。

为什么要使用电池管理系统？

BMS 测量电池单元的电流和电压，并将该信息发送到将确定电池状态的应用程序，称为充电状态或 SOC。这些测量通过计算电池的实际最大容量来帮助确定电池的健康状态 （SOH） 和剩余使用寿命 （RUL），该容量会随着时间的推移而减少。它将估计电池是否仍然正常工作或需要更换，并可以启用额外的优化。通过确定每个电池单元的 SOC 和 SOH，BMS 可以平衡其充电和放电以确保均匀磨损，从而延长电池的使用寿命并提取更多性能。如今，L9963E 在确保电池安全运行方面也发挥着至关重要的作用。

1. L9963E：注意精确测量和快速操作

了解准确性

传统上，工程师首先关注的是 BMS 的准确性。如果系统不准确，用户将因缺乏相关信息而遭受巨大的挫败感。因此，BMS 不仅必须以高精度测量每个电池的状态，而且必须异常快速地测量，否则，当 IC 完成读取堆栈中的最后一个电池时，报告的第一个电池的测量值为不再准确，并且应用程序将不会提供反映实际充电状态的结果。

±2 mV 的最大误差

L9963E 提供业内最佳精度之一，最大误差为 ±2 mV，同时测量电流以了解每个电池的实际容量。此外，该设备的架构确保每个单元都有特定的资源来处理传感元件捕获的电气数据。传统上，竞争模型将在单元之间共享这些资源。但是，通过为每个单元提供专用资源，我们可以提供同步读数并避免去同步延迟。菊花链中的 L9963E 还通过提供 2.66 Mbps 带宽的串行总线进行通信，而大多数行业的带宽徘徊在 1 Mbps 左右。因此，读取和处理 434 个信元需要 4 毫秒到 16 毫秒。

2.电池管理系统：注意安全，这是首要任务

了解安全

BMS 的一个特性，太多的设计师往往会忽视它的安全性。系统的准确性为其性能服务，但也将确定电池是否存在过压和欠压，或者系统是否出现过热或过流。例如，在发生碰撞事故时，电动汽车必须确定电池不再符合典型规范，并且必须启动关机，否则损坏可能是灾难性的。

唯一冗余

此类功能需要一款坚固耐用且即使在恶劣环境下仍能正常工作的 IC。防止在汽车高速巡航时错误地启动停机的任何错误读数也很重要。因此，L9963E 具有独特的冗余功能，使其能够交叉检查其模数转换器 （ADC） 以保证其准确性。如果它们不再可靠，该设备可以强制相邻的 ADC 接管有故障的 ADC 并解决问题。

3. L9963E：注意每成本比率的性能

随着电动汽车变得越来越便宜，成本限制变得越来越重要。毕竟，功能强大但价格太高的 IC 会失去很多吸引力。L9963E 通过提供丰富的功能列表而不扩大其裸片尺寸而与众不同，从而保持成本效益。此外，传统的 BMS IC 需要与每个电池并联的外部齐纳二极管。在系统组装过程中，系统无法知道哪个电池将首先与连接器接触，并且由于它始终是随机事件，因此每个电池上的齐纳二极管可以保护 IC。L9963E 的热插拔和稳健架构意味着工程师可以不用这些齐纳二极管，从而简化了 PCB 并降低了总体成本。

4. L9963E：通过 2 个评估板和一个强大的 MCU 超越原型

了解生态系统

成功的电池管理系统始于简单的概念验证。想出一个功能丰富的设计绝非易事，通常需要一个工作演示来说服客户。ST 为其 L9963E 提供两个评估板。第一个是EVAL-L9963E-MCU，包括一个微控制器，并带有一个图形用户界面STSW-L9963E，可帮助开发人员更快地创建应用程序。第二个，EVAL-L9963E-NDS，连接到第一个，将多个 L9963E 放在菊花链中。

将 L9963E 与 SPC58 合唱一起使用

我们的许多客户都喜欢将 L9963E 与SPC58 Chorus微控制器配对，因为具有 6 MB 或更多存储空间的型号提供了应用程序存储来自 BMS 的大量数据点所需的所有容量，而其多核架构使开发人员能够专注于一个核心用于此应用程序，其他核心用于典型流程。MCU还包含很多接口，有6条FlexCAN总线，让整个设计更加灵活。事实上，工程师需要超越 BMS 进行思考，将 SPC58 Chorus 与 L9963E 一起使用可以使这个过程更加顺畅。

5. 电池管理系统：关注未来应用从现在开始

所有工程师都试图尽可能地让他们的设计适应未来，但在电池管理系统的情况下，设计不仅要考虑明天的汽车，还要考虑现在使用 BMS 的所有新产品，例如电动自行车和踏板车，或便携式医疗设备等。L9963E 足够灵活，可以适应比传统电动汽车更多的设计。由于其能够测量少至四节电池、其小型 10 mm x 10 mm TQFP64EP 封装及其成本效益，公司可以轻松地在多种类型的车辆或应用中使用相同的 ST 器件，从而节省开发成本。

审核编辑：郭婷