鼎盛合|以CSE7761为例谈国产电量计芯片发展

电池技术在 200 余年的时间里不断演进，并在近 30 年的时间里取得了飞速发展，从最早期的铜-锌电池、铅酸电池，到目前的锂电池、钠电池，电池能量密度从早期的~10Wh/kg 飞速攀升至 200Wh/kg。回顾历史上来看，电池管理系统的技术，也是伴随着电池技术的升级，在工程实践中不断得到提升的。

我们把 BMS 中的芯片分为通用和专用两种类型。通用芯片包括 MCU、电源管理芯片、通讯接口等芯片，此类芯片可以采用与非电池应用相同或相近的型号，无需针对 BMS 进行单独开发；专用芯片针对 BMS 应用专门开发，满足特定应用领域中 的 BMS 功能 需求。更进 一步， BMS 专用芯片 又可以 分为 保护芯片（Protector）、充电芯片（Charger）、电量计芯片（Gauge）、监测芯片（Monitor/AFE）、均衡芯片（Balancer）、认证芯片（Authentication）等类型，充电芯片还可以分为开关、线性和电荷泵等类型，均衡芯片可以分为主动均衡和被动均衡两种类型。下面分品类详细介绍每一种芯片的作用。

电池保护芯片（ Protector ）

电池保护芯片负责监测电芯的充放电情况，保障不会因为外部的滥用或者故障而对电池产生损伤。通常来说，电池保护芯片需要监测的异常情况包括过压（ OV ）、过流（ OV ）、放电过流（ OCD ）、充电过流（ OCC ）、过热（ OT ）等。当检测到出现异常情况时，电池安全芯片可以及时切断电路，保障电池系统的安全。目前部分 BMIC 芯片（充电芯片、电量计等）会集成保护功能，但为了实现更加全面的保护，专用电池保护芯片仍然是部分应用中不可缺少的组件。

从结构上来看，电池保护芯片主要由采样电路、放大电路、逻辑电路组成 。相比监测、电量计等芯片，由于电池保护芯片的测量参数仅用于与阈值进行比较，采样精度要求相对较低，逻辑电路部分也以比较器为主，结构相对简单。

电量计量芯片（ Gauge ）

电量计量芯片的作用是通过对电池外部特性（如电压、电流、温度等）的测量，采用特定算法对电池的 SOC /SOH 等参数进行估计，并将结果反馈给控制器芯片。

电池电量计量芯片的核心能力在于高精度采样电路的设计和 SOX 算法 。要实现高精度的 SOX 估计，高精度的电压电流采样必不可少。SOX 算法种类多样，海外龙头大多有自己独特的、受到专利保护的算法。例如 TI 的阻抗追踪法可以记住电池特性随时间的变化情况，结合电池组具体的化学属性可以准确地知道电池的充电状态，从而延长电池组使用寿命。除此之外，常用的 SOC 估计算法还有修正放电终止电压法、动态电压修正法等。

CSE7761 是个单相多功能电能计量芯片， 内部集成了 3 路 sigma-delta ADC、 功率计算器、 能量-频率转换器、 一路 SPI 接口、一路 UART 接口。

CSE7761主要功能：

- 提供两路有功电能：有功电能误差在 5000:1 动态范围内<0.1%

- 提供两路有功功率：通道 A 有功功率和通道 B 有功功率，默认通道 B 关闭

- 提供视在功率、功率因数、相角，通过命令选择计算的通道：通道 A 或通道 B

- 提供一路电压、两路电流的波形数据

- 提供一路电压、两路电流有效值的瞬时值

- 提供两路有功功率和一路视在功率的瞬时值，视在功率的瞬时值通过命令选择计算的通道：通道 A 或通道 B

- 提供一路电压、 两路电流有效值的测量：在 1000:1 动态范围内有效值误差<0.1%

- 提供有功功率过载的信号指示，通过命令选择计算的通道：通道 A 或通道 B

- 提供电压通道的过零检测信号、 线频率、过压指示、欠压指示

- 提供两路电流通道的过零检测信号、过流指示

审核编辑：汤梓红