鼎盛合|以CSE7761為例談國產(chǎn)電量計(jì)芯片發(fā)展

電池技術(shù)在 200 余年的時(shí)間里不斷演進(jìn)，并在近 30 年的時(shí)間里取得了飛速發(fā)展，從最早期的銅-鋅電池、鉛酸電池，到目前的鋰電池、鈉電池，電池能量密度從早期的~10Wh/kg 飛速攀升至 200Wh/kg。回顧歷史上來看，電池管理系統(tǒng)的技術(shù)，也是伴隨著電池技術(shù)的升級(jí)，在工程實(shí)踐中不斷得到提升的。

我們把 BMS 中的芯片分為通用和專用兩種類型。通用芯片包括 MCU、電源管理芯片、通訊接口等芯片，此類芯片可以采用與非電池應(yīng)用相同或相近的型號(hào)，無需針對(duì) BMS 進(jìn)行單獨(dú)開發(fā)；專用芯片針對(duì) BMS 應(yīng)用專門開發(fā)，滿足特定應(yīng)用領(lǐng)域中 的 BMS 功能 需求。更進(jìn) 一步， BMS 專用芯片 又可以 分為 保護(hù)芯片（Protector）、充電芯片（Charger）、電量計(jì)芯片（Gauge）、監(jiān)測(cè)芯片（Monitor/AFE）、均衡芯片（Balancer）、認(rèn)證芯片（Authentication）等類型，充電芯片還可以分為開關(guān)、線性和電荷泵等類型，均衡芯片可以分為主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡兩種類型。下面分品類詳細(xì)介紹每一種芯片的作用。

電池保護(hù)芯片（ Protector ）

電池保護(hù)芯片負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)電芯的充放電情況，保障不會(huì)因?yàn)橥獠康臑E用或者故障而對(duì)電池產(chǎn)生損傷。通常來說，電池保護(hù)芯片需要監(jiān)測(cè)的異常情況包括過壓（ OV ）、過流（ OV ）、放電過流（ OCD ）、充電過流（ OCC ）、過熱（ OT ）等。當(dāng)檢測(cè)到出現(xiàn)異常情況時(shí)，電池安全芯片可以及時(shí)切斷電路，保障電池系統(tǒng)的安全。目前部分 BMIC 芯片（充電芯片、電量計(jì)等）會(huì)集成保護(hù)功能，但為了實(shí)現(xiàn)更加全面的保護(hù)，專用電池保護(hù)芯片仍然是部分應(yīng)用中不可缺少的組件。

從結(jié)構(gòu)上來看，電池保護(hù)芯片主要由采樣電路、放大電路、邏輯電路組成 。相比監(jiān)測(cè)、電量計(jì)等芯片，由于電池保護(hù)芯片的測(cè)量參數(shù)僅用于與閾值進(jìn)行比較，采樣精度要求相對(duì)較低，邏輯電路部分也以比較器為主，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單。

電量計(jì)量芯片（ Gauge ）

電量計(jì)量芯片的作用是通過對(duì)電池外部特性（如電壓、電流、溫度等）的測(cè)量，采用特定算法對(duì)電池的 SOC /SOH 等參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，并將結(jié)果反饋給控制器芯片。

電池電量計(jì)量芯片的核心能力在于高精度采樣電路的設(shè)計(jì)和 SOX 算法 。要實(shí)現(xiàn)高精度的 SOX 估計(jì)，高精度的電壓電流采樣必不可少。SOX 算法種類多樣，海外龍頭大多有自己獨(dú)特的、受到專利保護(hù)的算法。例如 TI 的阻抗追蹤法可以記住電池特性隨時(shí)間的變化情況，結(jié)合電池組具體的化學(xué)屬性可以準(zhǔn)確地知道電池的充電狀態(tài)，從而延長電池組使用壽命。除此之外，常用的 SOC 估計(jì)算法還有修正放電終止電壓法、動(dòng)態(tài)電壓修正法等。

CSE7761 是個(gè)單相多功能電能計(jì)量芯片， 內(nèi)部集成了 3 路 sigma-delta ADC、 功率計(jì)算器、 能量-頻率轉(zhuǎn)換器、 一路 SPI 接口、一路 UART 接口。

CSE7761主要功能：

- 提供兩路有功電能：有功電能誤差在 5000:1 動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)<0.1%

- 提供兩路有功功率：通道 A 有功功率和通道 B 有功功率，默認(rèn)通道 B 關(guān)閉

- 提供視在功率、功率因數(shù)、相角，通過命令選擇計(jì)算的通道：通道 A 或通道 B

- 提供一路電壓、兩路電流的波形數(shù)據(jù)

- 提供一路電壓、兩路電流有效值的瞬時(shí)值

- 提供兩路有功功率和一路視在功率的瞬時(shí)值，視在功率的瞬時(shí)值通過命令選擇計(jì)算的通道：通道 A 或通道 B

- 提供一路電壓、 兩路電流有效值的測(cè)量：在 1000:1 動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)有效值誤差<0.1%

- 提供有功功率過載的信號(hào)指示，通過命令選擇計(jì)算的通道：通道 A 或通道 B

- 提供電壓通道的過零檢測(cè)信號(hào)、 線頻率、過壓指示、欠壓指示

- 提供兩路電流通道的過零檢測(cè)信號(hào)、過流指示

審核編輯：湯梓紅