为了更好地实现可持续发展，清洁能源（风，光，电）目前已成为替代传统石油等燃料能源的最好选择。特别是新能源电池，已经在新能源汽车动力电池和储能模块开始被大规模应用。特斯拉纯电动车、包括国内的新能源车企已经率先进行转型，从传统燃油车向新能源车转变，而动力电池作为新能源车的关键部件，其安全性尤为重要。

BMS 及 BMS AFE 简介

BMS 全称是 Battery Management System，电池管理系统。电池管理系统是电动汽车和混合动力汽车的一个关键组成部分。为保证电池安全可靠地运行，电池管理系统需要具备电池状态监测和评估，充放电控制、电池均衡等功能：

• 实时监控、采集电池的状态参数（包括但不限于单体电池电压、电池极柱温度、电池回路电流、电池组端电压、电池系统绝缘电阻等）
• 对相关状态参数进行必要的分析计算，得到更多的统状态评估参数
• 根据特定保护控制策略，实现对电池本体的有效管控，保证整个电池单元的安全可靠运行
• 通过自身的通信接口、模拟/数字输入输出接口与外部其他设备进行信息交互

当检测电芯状态（电压和温度）时，我们需要用到 BMS AFE（电池管理系统模拟前端芯片），它是一种多路采样通道的监控芯片，能对串联的电芯进行电芯电压和温度的监测。模拟前端芯片一般包括16位 ADC、高精度电压基准、高压多路复用器、以及一个 SPI 接口，通常应用于电动汽车、高压移动设备、备用电池系统和高压数据采集系统。
以下将为大家介绍 ADI LTC6813 高精度锂电池电芯采样芯片。

ADI LTC6813 采样芯片的特征

• 可测量多达 12 个串联电芯的电压，并支持菊花链通信
• 采样范围为 0V ~ 5V
• 总测量误差不超过 2.2mV
• 使用隔离式串行通信
• 经过 AEC - Q100 认证
• 被动均衡最大可达 200mA，芯片颗配置 PWM 控制
• 有9个 GPIO 口
• eLQFP 64 引脚封装
• 耐压为 112.5V
• 工作温度范围为 –40°C ~ 125°C

ADI LTC6813 采样芯片最多18通道电芯采样，支持菊花链双绞线级联，它的基本架构如下图（图1）所示：

ADI LTC6813 采样芯片的均衡功能 

ADI LTC6813 采样芯片支持内部和外部均衡，但一般建议使用外部均衡，它能支持更大电流，并且能有更好的浪涌抑制。超过 200mA 的均衡电流，我们建议也使用外部均衡，因为内部均衡会导致过热，均衡电阻选择通常在 20ohm ~ 60ohm。

ADI LTC6813 采样芯片内部均衡结构，如下图（图2）所示：

ADI LTC6813 采样芯片外部 MOS 均衡结构，如下图（图3）所示： 

 LTC681x 时序介绍

ADI LTC6813 芯片提供4线 SPI 接口，能直接和 MCU 单片机连接通信，同时提供 isoSPI 2线接口，并需要 LTC6820 桥接芯片转为 SPI 接口再和 MCU 单片机连接。LTC6813 需要接收唤醒信号之后才能正常通信：

• 如果 pin 脚 SIOMD 拉低，Port A为 SPI 模式，CSB 低有效信号会唤醒 SPI 接口
• 如果 ISOMD 拉高，Port A为 isoSPI 模式，IPA-IMA（或者IPB-IMB）的差分有效信号会唤醒 isoSPI 接口。LTC6813-1 在 tWAKE or tREADY 时间内 isoSPI 状态变为 READY，能进行通信

ADI LTC6813 采样芯片不同工作模式的切换，如下图（图4）所示：

ADI LTC6813 采样芯片唤醒时序和空闲计时器结构，如下图（图5）所示： 

ADI LTC6813 内部 ADC 模式

ADI LTC6813 内部采样 ADC 提供不同的 ADC 模式，以便应对不同的外部应用工况：

• 基于采样速率和精度的考虑，推荐 7KHz 的 ADC 模式，ADC 有比较好的精度和比较低的总测量误差
• 如果在实际应用场景有更低的频率噪声，可以选择 1KHz 甚至 422Hz，更低的带宽，但会增加 ADC 转换时间

ADI LTC6813 采样芯片内部 ADC 不同模式下，ADCV 测量18串电芯的转换时间如下表所示：

ADI LTC6813 芯片采样功能

ADI LTC6813 采样芯片内部 ADC 会接收外部输入的电芯模拟电压信号，从而芯片内部进行数字处理：

• ADCV 命令会执行电池电压芯片 C0 到 C18 输入的采样
• LTC6813-1内部有3个 ADC，通过复用器来采样18串电芯电压
• 如下图（图6）为常温下用 ADI 官方 Linduino 软件上位机读到的电压数据，每个电芯读到的数据与实际电芯实测的电压数据偏差 2mV 以内

ADI LTC6813 采样芯片热插拔测试

ADI LTC6813 C18 和 S18 PIN 在电池接入时将受到影响。但如果用外部均衡 MOS 管，外部插拔造成的浪涌会因为 S pin 串联的 4.7kohm 抑制，故 S18 pin 脚到地的电压会较为安全，C18 pin 脚到地的电压则因为输入RC电路，也会很安全。LTC6813 芯片部分采样输入电路示意图，如下图（图7）所示：

isoSPI 通信介绍

菊花链通信已经在 BMS 中大量应用，可以支持更高的电池包电压。LTC6820 是 MCU 单片机和 AFE 采样芯片之间的桥接芯片，能将4线 SPI 信号转成两线 isoSPI 通信的信号，isoSPI 通信用变压器或者电容隔离。ADI LTC6813 采样芯片配合 LTC6820 菊花链结构接法，如下图（图8）所示：

 ADI LTC6813 isoSPI 菊花链通信测试

ADI LTC6813 采样芯片能支持 30m 以上的菊花链双绞线，通信稳固，且采样数据精确。LTC6813 isoSPI 菊花链通信测试模块组成，如下图（图9）所示：

isoSPI IP&IM waveform 菊花链波形效果，如下图（图10）所示： 

总结

ADI LTC6813 是一款高精度锂电池电芯采样芯片，采样通道多达18串。该系列支持多路采样，具有高精度，热插拔性能优异，稳固通信的优势。不少客户应用该芯片已成功通过汽车 EMC 测试，并实现量产。为支持更高电芯电压采样精度，ADI 同时也在持续研发新一代电芯采样芯片。欲了解更多技术细节和 ADI 相关方案，您可以点击下方「联系我们」，提交您的需求，我们澳门人巴黎人1797公司愿意为您提供更详细的技术解答。