多单元前端可延长电池寿命和安全性

电池管理系统 (BMS)在储能和移动应用中发挥着至关重要的作用，可确保电池的安全性并延长其使用寿命。在构成 BMS 的不同部分中，电池前端是最关键的部分之一，因为它必须定期扫描电池状态和运行环境，优化电池寿命并防止灾难性故障。随着锂离子电池的电压和电池单元数量的增加，该组件变得越来越重要。典型的 BFE 负责多项关键功能，包括准确监控、电池平衡和广泛的系统诊断功能。

瑞萨电子 RAA489204

瑞萨可以依赖一个相当大的电池管理集团，由于收购了一些在汽车领域运营的公司，该集团得到了加强和扩大。去年 11 月，瑞萨发布了 BMS 模拟前端，他们称之为堆叠电池前端。这个模拟部分基本上是一个锂离子电池管理器 IC，可监控多达 14 个串联连接的电池。RAA489204 提供电池管理系统所需的所有功能，例如准确的电池电压和温度监控、电池平衡和广泛的系统诊断。

该设备的一个相关特性是其集成的通信通道，这使得它能够与电池组进行上下通信，只需简单的过滤和隔离，并且在电池组的每一层都不需要控制器或单独的通信芯片。典型配置包括一个通过 SPI 端口与主机微控制器通信的主 RAA489204，以及多达 29 个额外的 RAA489204 设备，这些设备通过强大的专有两线菊花链连接在一起。在这种情况下，可以管理的单元总数等于 420。该通信系统非常灵活，可以通过电容器隔离、变压器隔离或两者的组合来实现。

堆叠式电池具有与电动汽车相同的格式，而且它们需要高压电池。该设备的目标电池管理系统 （BMS）在储能和移动应用中发挥着至关重要的作用，可确保电池的安全性并延长其使用寿命。在构成 BMS 的不同部分中，电池前端是最关键的部分之一，因为它必须定期扫描电池状态和运行环境，优化电池寿命并防止灾难性故障。随着锂离子电池的电压和电池单元数量的增加，该组件变得越来越重要。典型的 BFE 负责多项关键功能，包括准确监控、电池平衡和广泛的系统诊断功能。

瑞萨电子 RAA489204

瑞萨可以依赖一个相当大的电池管理集团，由于收购了一些在汽车领域运营的公司，该集团得到了加强和扩大。去年 11 月，瑞萨发布了 BMS 模拟前端，他们称之为堆叠电池前端。这个模拟部分基本上是一个锂离子电池管理器 IC，可监控多达 14 个串联连接的电池。RAA489204 提供电池管理系统所需的所有功能，例如准确的电池电压和温度监控、电池平衡和广泛的系统诊断。

该设备的一个相关特性是其集成的通信通道，这使得它能够与电池组进行上下通信，只需简单的过滤和隔离，并且在电池组的每一层都不需要控制器或单独的通信芯片。典型配置包括一个通过 SPI 端口与主机微控制器通信的主 RAA489204，以及多达 29 个额外的 RAA489204 设备，这些设备通过强大的专有两线菊花链连接在一起。在这种情况下，可以管理的单元总数等于 420。该通信系统非常灵活，可以通过电容器隔离、变压器隔离或两者的组合来实现。

堆叠式电池具有与电动汽车相同的格式，而且它们需要高压电池。该设备的目标应用包括能源和存储应用，例如 UPS、基于电池的发电机、电动汽车、电动自行车和储能系统。这使瑞萨电子能够简化储能测试过程，因为该设备不需要满足完整的汽车认证要求。

“我们从过去的经验中学到的一件事是，这些设备的固件非常复杂。编写固件来管理一堆模拟部件上下的通信并不是一件容易的事”，瑞萨电子的发言人说。

因此，瑞萨公司采取了多项设计措施来简化新零件。例如，许多保护功能都是在设备内实现的，而不必与控制器通信。这使得RAA489204能够独立应对某些故障条件，例如开路。此外，简化了通信协议，并提供了高安全特性。图1显示了设备框图。它能够在不到10ms的时间内对112个电池进行测量和读取所有电压、温度和诊断。

Figure 1： RAA489204 block diagram

如前所述，该设备背后的技术（主要针对储能应用）与汽车市场中使用的技术基本相同。最大的区别只是在制造和安全要求方面。汽车在制造过程中有特定的要求，这会增加零件的成本。

“从汽车到储能，这项技术相当便携。我们能够放弃的东西很少，而且我们不必彻底测试零件，就可以转移到储能。这样可以节省一点成本，但在其他方面，所有这些应用的电路基本相同，”瑞萨的发言人说。

为了简化固件的编写过程，瑞萨增加了电池组中位置的自动传感，因此，对于每个数据包，微控制器都知道信息来自电池组中的哪里。通信信道本身变得更加健壮，因此没有受到噪声影响的大挑战。由于较新的协议具有更强的抗噪声能力，因此可以在每个电池组之间使用更长的通信路径，而不会有太多的过程中发生混乱的风险。

图 2 显示了典型的应用图。它包括一个作为独立或主设备的设备（取决于监控所有电池单元所需的 IC 数量），以及一个或多个设备（最多 30 个）通过坚固的两线菊花链连接通信系统使用电容器或变压器耦合在高达 1Mbps。

图2：RAA489204应用图

“多年来，人们一直在抱怨的一件事是静态电流。因此，我们已经大大降低了静态电流，同时提高了 ADC 的精度和功能安全能力”，瑞萨电子的发言人说。

任何事情都与消费者打交道，在故障检测和确保测量单元的准确性方面涉及许多要求。为了满足一些功能安全要求，可能需要有一种两级保护。在这种配置中，一次电池管理设备将是检测和纠正故障的主要来源，而第二层故障保护提供了功能安全的基本标准要求。

新设备具有高集成度，包括电压和温度检测以及高安全性通信协议。这种设备的一个相关特征是锂离子电池平衡。当电池被充电和放电时，每个电池收集和释放电荷的能力的差异会导致电池具有不同的充电状态。问题是锂离子电池有一个不应该充电的最大电压，以及一个不应该放电的最小电压。最坏的情况发生在电池组中的一个电池处于最大电压，而另一个电池处于最小电压时，导致电池组无法正常充电或放电。RAA489204 提供内部和外部平衡，

审核编辑：郭婷应用包括能源和存储应用，例如 UPS、基于电池的发电机、电动汽车、电动自行车和储能系统。这使瑞萨电子能够简化储能测试过程，因为该设备不需要满足完整的汽车认证要求。

“我们从过去的经验中学到的一件事是，这些设备的固件非常复杂。编写固件来管理一堆模拟部件上下的通信并不是一件容易的事”，瑞萨电子的发言人说。

因此，瑞萨公司采取了多项设计措施来简化新零件。例如，许多保护功能都是在设备内实现的，而不必与控制器通信。这使得RAA489204能够独立应对某些故障条件，例如开路。此外，简化了通信协议，并提供了高安全特性。图1显示了设备框图。它能够在不到10ms的时间内对112个电池进行测量和读取所有电压、温度和诊断。

Figure 1: RAA489204 block diagram

如前所述，该设备背后的技术（主要针对储能应用）与汽车市场中使用的技术基本相同。最大的区别只是在制造和安全要求方面。汽车在制造过程中有特定的要求，这会增加零件的成本。

“从汽车到储能，这项技术相当便携。我们能够放弃的东西很少，而且我们不必彻底测试零件，就可以转移到储能。这样可以节省一点成本，但在其他方面，所有这些应用的电路基本相同，”瑞萨的发言人说。

为了简化固件的编写过程，瑞萨增加了电池组中位置的自动传感，因此，对于每个数据包，微控制器都知道信息来自电池组中的哪里。通信信道本身变得更加健壮，因此没有受到噪声影响的大挑战。由于较新的协议具有更强的抗噪声能力，因此可以在每个电池组之间使用更长的通信路径，而不会有太多的过程中发生混乱的风险。

图 2 显示了典型的应用图。它包括一个作为独立或主设备的设备（取决于监控所有电池单元所需的 IC 数量），以及一个或多个设备（最多 30 个）通过坚固的两线菊花链连接通信系统使用电容器或变压器耦合在高达 1Mbps。

图2：RAA489204应用图

“多年来，人们一直在抱怨的一件事是静态电流。因此，我们已经大大降低了静态电流，同时提高了 ADC 的精度和功能安全能力”，瑞萨电子的发言人说。

任何事情都与消费者打交道，在故障检测和确保测量单元的准确性方面涉及许多要求。为了满足一些功能安全要求，可能需要有一种两级保护。在这种配置中，一次电池管理设备将是检测和纠正故障的主要来源，而第二层故障保护提供了功能安全的基本标准要求。

新设备具有高集成度，包括电压和温度检测以及高安全性通信协议。这种设备的一个相关特征是锂离子电池平衡。当电池被充电和放电时，每个电池收集和释放电荷的能力的差异会导致电池具有不同的充电状态。问题是锂离子电池有一个不应该充电的最大电压，以及一个不应该放电的最小电压。最坏的情况发生在电池组中的一个电池处于最大电压，而另一个电池处于最小电压时，导致电池组无法正常充电或放电。RAA489204 提供内部和外部平衡，

审核编辑：郭婷