随着新能源技术的快速发展，锂电池应用已经进入人们生活的方方面面。
根据应用电压不同，电池管理系统(BMS)可分为高压系统和低压系统，高压电池管理系统(大于48V)目前最火的应用就是新能源汽车，以及光伏领域的锂电储能系统。低压电池管理系统(小于48V)的应用包括电动自行车、电动工具、电动吸尘器、割草机、医疗设备、小型家电等。
BMS主要功能是监控电池的运行状态，保证电池安全可靠运行。系统可以实时监控采集电池的状态参数，如电芯电压、电流、PACK电压，绝缘阻抗以及温度，并通过对这些实时参数进行分析和计算，了解系统工作状态，同时，通过特定的算法和控制策略保证整个电池系统安全可靠运行。
BMS从功能上可分为三大部分：
1、控制部分，主要是对应电源管理+微控制器(PMIC+MCU)产品;
2、测量部分，主要是对应模拟前端采样产品;
3、安全部分，主要是对应绝缘检测、爆炸熔丝驱动及电池切断等功能产品。
BMS系统从拓扑上可分成三大类：
1、集中式，把电芯电压检测、模组电压检测和PACK电压检测集成在一块板子上;
2、模组式，用电芯堆叠成模组，模组再堆叠成电池，针对更高压的电池系统;
3、分布式，除了基本的电池测量之外，通过系统总控做相应的电源管理。
一、ST BMS模拟前端的发展历程
ST在BMS领域耕耘多年，在电动汽车发展的早期阶段已经推出了相关的BMS模拟前端采样(AFE)产品，但以客户定制化为主，不面向公开市场。
随着新能源市场的发展及对AFE产品的需求日渐旺盛，ST在2021年推出面向公开市场的AFE L9963E系列，并于2022年量产。目前，该产品已经应用在很多客户的BMS系统，包括储能和汽车领域。目前，ST基于最新的BCD工艺正在研发下一代BMS系统套片L9965系列，该芯片耐压超过100V，单芯片可以支持更多的电芯电压检测。除了性能进一步增强，还将增加新的功能，帮助客户完善BMS整体方案设计。
目前，ST在工业BMS领域已经推出两款AFE产品：一款是支持工业储能、汽车电池应用的14通道的L9963E，精度较高;一款是针对低压工业消费类市场的L9961。同时ST也在规划针对电压稍高一点的消费类市场相关产品，如：L9962。
ST在BMS领域积累了丰富的技术优势：
1、先进的、经验证的汽车级BCD工艺，具有良好的可靠性和寿命周期内的性能表现。
2、采用掩埋式齐纳二极管作为基准，不断完善前后道工艺，保证了芯片全生命周期内的精度。每个通道都经过独立的校准和温度补偿，以获得最高的相对和绝对精度。
3、基于前两代产品设计，优化了芯片内部的结构以及外部参数的设计，保证了芯片能够耐受更高的应力。
4、针对EMC、热插拔等关键测试，提供可靠的参考方案帮助客户提升整体系统的鲁棒性。
5、所有汽车级产品都符合功能安全标准ISO26262标准，支持系统功能安全ASIL D，以及工业级产品QM。
二、L9963E：车规级AFE
L9963E是一个14通道电池监测/均衡AFE芯片，可以精确、实时地测量电池电芯电压、电流和温度，内部集成了电流检测，可以做到电芯电压和电池包电流同步采集，支持均衡及过压过流温度保护，通过SPI接口与MCU进行通信。
L9963E电压检测部分有14个通道，每个通道都有一个独立的ADC，是16位∑-Δ ADC，可保证全温度范围2mV以内的AD转换精度，同时每个通道都支持内外部被动均衡，内部被动均衡每个通道都可以支持至200mA，支持工作及睡眠模式下的均衡。
L9963E的电流检测模块可保证BMS系统不需要额外的电路做电流检测，采用18位∑-Δ ADC，保证了较高的采样精度。该芯片也支持菊花链通信，速率可达2.66Mbps，最 大级联31颗芯片，支持超高压储能系统，如1000V、1500V。此外，它还有9个GPIO口，其中7个GPIO口可支持NTC输入作为电芯温度的检测。为了支持一些关键参数写入，芯片内部还集成了一个NVM模块以支持模组ID的写入，方便售后维护。同时芯片包含一个独特的设计，可支持客户做热插拔测试，并降低对外部保护电路的依赖。
L9963T是一颗隔离通信转换芯片，配合L9963E使用，把菊花链通信转化为SPI，可兼容3.3V和5V电平。
L9963E的评估板包括两种：一个是主板，包括MCU、AFE以及桥接片L9963T;另一个是从板，仅一个AFE。同时ST还提供相应的GUI帮助客户开发，如果客户要做多串数的BMS系统，只需要一块主板加相应从板就可以配成一个demo级系统。
L9963E配合L9963T的系统采用回环架构，使用两个L9963T。如果某一节点发生故障或通讯断开，通过回环可以把各个节点上的参数传回至MCU，以增加系统通信的鲁棒性。
除硬件资源之外，ST也提供软件文档和功能安全文档，包括FMEDA*/DFA*/Safety Manual*，帮助客户做功能安全相关的开发;同时还提供基于ST MCU的固件驱动。
同市场上同类产品相比，L9963E的特殊架构具有独特优势。友商的AFE一般采用三个或者两个ADC采样，对于10个、15个或更多通道的电压，需要做轮询检测。L9963E每一个通道都有一个独立的ADC，可以保证14个通道采样同时开启同时结束，同时相邻通道的ADC都可以作为冗余的路径。
比如需要检测一个14节电芯，14个ADC的转换都是在一个转换时间内完成。如果芯片只有两个ADC，可能需要七个采样周期。同时，为了提高采样精度，可以适当增加采样时间，减少对外部滤波电路的依赖。而两个ADC架构产品要实现同样的性能，就需要进一步拉长采样时间。
L9963E在发生ADC故障时采用的冗余校验功能也能提高系统稳定性。因为L9963E每一个ADC都是独立供电和参考，所以一旦ADC在自检时发生故障，MCU可以通过指令让相邻两通道的ADC进行交叉采样，从而提升系统的稳定性。即使ADC在工作过程中发生损坏，也不会影响系统的正常使用。
L9961是一颗3-5通道电芯电压监测/均衡芯片，适合消费类市场，如电动工具、工业备份电源使用。这个AFE同样集成了电压电流采样，同时有两个预驱可配成高边和低边，客户做背靠背板设计的时候可以放在低侧或者高侧。同时它还集成了一个电源，给外部的MCU或其他外设供电。
针对电动工具应用，采用L9961可以简化整体系统BOM，只需要一颗L9961配一颗MCU就可以完成系统设计，大大简化了客户开发成本。ST也为客户提供了L9961Demo板、GUI以及固件驱动，帮助客户快速进行产品开发。
L9962系列是一个正在定义当中的10通道AFE，针对电压稍高的应用。相比L9961，它的性能进一步提升，可以兼容更多的产品应用。
基于在汽车BMS产品开发的深耕经验，ST希望把在汽车级产品开发过程中获得的质量管理体系、性能研发等方面经验应用在工业领域。ST将继续保持创新步伐，不断丰富产品系列，给客户提供更多选择。除了芯片产品，ST还为客户提供从单一芯片到系统层面的支持，以完善系统设计，实现更优的整体方案。
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