STMicroelectronics L99BM114多节电池监控和平衡IC是一款锂离子电池监控和保护芯片，适用于高可靠性工业应用和储能系统。 最多可监控14节堆叠电池，可满足48V和更高电压系统的要求。可精密测量每节电池的电压以及片上库仑计数的电流。该器件最多可监控七个NTC，信息通过SPI通信或隔离式接口传输。

数据手册：*附件：STMicroelectronics L99BM114多节电池监控和平衡IC数据手册.pdf

最多可将31个L99BM114以菊花链形式连接，并通过变压器或电容隔离接口与一个主机处理器通信，具有高速、低EMI和可靠的长距离数据传输等特点。在标准和低功耗模式下均提供带有可编程通道选择的无源平衡（无声平衡）。

可以根据内部定时器中断自动终止平衡。集成9个GPIO，用于外部监控和控制，其中多达7个可配置为通过NTC监控电池组温度。STMicroelectronics L99BM114具有一套全面的故障检测和通知功能，可满足系统安全标准要求。

特性

• 4至14节串联电池监控和平衡
• 工作电压：64V
• 支持母线连接，无需改变电池结果
• 每通道独立16位电压ADC，精度小于2mV
• 18位ADC电流测量，带库仑计数器
• 完全同步的电流和电压样件
• 智能诊断程序通过SPI全局状态字（GSW）和专用故障线路提供自动故障验证和冗余故障通知
• 9个GPIO，多达7个模拟输入可用于NTC检测
• 高达200mA的内部无源平衡，可驱动外部平衡晶体管
• 2.66Mbps隔离式串行通信或高达5MHz的SPI
• 2个5V稳压器，支持外部负载连接，具有25mA（VCOM）和50mA（VTREF）电流能力
• 嵌入式NVM，用于客户参数存储
• 系统安全就绪
• 64引脚TQFP封装
• 工作和测试温度范围：-40°C至+105°C

典型应用

框图

器件在VBAT电源电压范围内工作

L99BM114多节电池监控与平衡IC技术解析

一、产品概述

STMicroelectronics的L99BM114是一款专为高可靠性工业应用和储能系统设计的锂离子电池监控与保护芯片，支持4-14节串联电池组的精确管理。该芯片采用64引脚TQFP封装(10x10mm)，具备以下核心特性：

• ‌高精度监测‌：每通道独立16位电压ADC(精度<2mV)和18位电流ADC
• ‌灵活通信‌：2.66Mbps隔离串行通信或5MHz SPI接口
• ‌智能平衡‌：内部被动平衡(200mA)或外部MOSFET驱动能力
• ‌全面诊断‌：自动故障验证机制，通过SPI状态字和专用FAULT线双重报警
• ‌系统安全‌：符合工业安全标准，内置NVM存储用户参数

二、关键特性详解

1. 电压监测系统

L99BM114采用并行采样架构，所有电池单元同步测量，消除采样时序误差。主要特点包括：

• 0.1-5V单体电压测量范围
• 89μV分辨率(16位ADC)
• 可选8种采样窗口(290μs-148.48ms)
• 支持总线连接而不影响测量结果

电压测量误差在-40°C至125°C范围内保证：

• 3.2-4.3V区间：±1mV
• 4.3-4.7V区间：±1.4mV
• 4.7-5V区间：±2.6mV

2. 电流测量与库仑计数

内置18位差分ADC实现高精度电流检测：

• ±1500A测量范围(典型0.1mΩ分流电阻)
• 13.33mA分辨率
• 同步电压/电流采样功能
• 库仑计数器支持SOC/SOH计算

电流测量精度：

• ±150mV范围：±0.5%
• ±60mV范围：±0.3%

3. 电池平衡技术

提供两种平衡方案：

‌内部MOSFET平衡‌：

• 集成MOSFET驱动器
• 每通道最大200mA平衡电流
• 自动热保护机制

‌外部MOSFET平衡‌：

• 支持NMOS/PMOS混合拓扑
• 灵活的外部驱动电路设计
• 奇偶单元独立控制架构

平衡模式选择：

• 手动模式：直接控制各通道开关状态
• 定时模式：可编程平衡时长(4秒-18小时)
• 支持低功耗静默平衡(Silent Balancing)

4. 通信接口

双通信端口设计：

• ‌SPI接口‌：5MHz，40位帧格式(6位CRC)
• ‌隔离串行接口‌：2.66Mbps(高速)/333kbps(低速)
• 支持31个器件菊花链连接
• 双环访问拓扑增强可靠性

三、安全诊断功能

1. 电压异常检测

• 单体电池OV/UV监测(可编程阈值)
• 整组电池OV/UV监测(70V/10V默认阈值)
• 三级保护机制：
  • 数字比较(基于ADC)
  • 模拟比较器(快速响应)
  • 独立硬件监控

2. 故障诊断系统

• ‌开路检测‌：RLPF电阻监测(4kΩ阈值)
• ‌短路检测‌：平衡MOSFET过流保护(250mA)
• ‌温度监测‌：7路NTC接口(GPIO3-9)
• ‌接地丢失‌：AGND/DGND/CGND监测
• ‌通信完整性‌：CRC校验+滚动计数器

3. 硬件自检(HWSC)

周期性执行：

• ADC通道交叉验证
• 基准电压比对
• 比较器功能测试
• 平衡驱动器诊断

四、典型应用

1. 48V/高压电池包

• 电动车电池管理系统
• 工业储能系统
• 数据中心UPS

2. 应用电路设计要点

• 滤波电路：RLPF=3kΩ + CLPF=10nF(推荐)
• 平衡电阻：RDIS根据热设计选择
• 隔离通信：120Ω终端匹配电阻
• 布局建议：
  • 电压检测走线优先层
  • 第二层完整地平面屏蔽
  • 平衡驱动线尽量靠近电池连接器

五、寄存器配置指南

关键寄存器组：

1. ‌ DEV_GEN_CFG(0x1) ‌：设备ID、通信配置
2. ‌ Bal_x(0x2-0xA) ‌：平衡控制与定时设置
3. ‌ ADCV_CONV(0xD) ‌：电压转换控制
   • ADC滤波窗口选择
   • 周期/单次转换模式
   • 诊断功能使能

配置示例(定时平衡)：

1. 设置Balmode=10(定时模式)
2. 编程ThrTimedBalCellxx(各单元平衡时间)
3. 启用slp_bal_conf=1(支持低功耗平衡)
4. 启动平衡(bal_start=1)

六、设计注意事项

1. ‌热管理‌：同时平衡多单元时需监控结温
2. ‌同步采样‌：建议使用最短滤波窗口(TCYCLEADC_000)实现电压/电流同步
3. ‌NTC配置‌：每通道限流500μA(VTREF驱动)
4. ‌故障处理‌：建议10ms周期监测GSW状态字
5. ‌EMC设计‌：
   • 隔离通信使用双绞线
   • 关键信号线屏蔽处理
   • 电源去耦电容就近放置

L99BM114通过其高集成度和丰富的安全特性，为高压电池系统提供了可靠的监控解决方案，特别适合需要高安全标准的工业应用场景。