【艾睿方案】ST新能源汽车BMS解决方案L9965A调试笔记

摘要：汽车级电池监控与保护解决方案意法半导体 L9965A 是一款锂离子电池监测和保护芯片，适用于高可靠性汽车应用和储能系统。最多可监控18个堆叠电池单体，以满足48V及更高电压系统的要求。芯片对每个电池的电压测量精度高。该设备最多可以监控10个NTC。信息通过SPI通信或隔离接口VIF总线传输。项目经验与问题解决艾睿电子拥有在支持大型车企软硬件开发测试的全套经验。我们解决的问题： · 解决了BM

汽车级电池监控与保护解决方案

意法半导体 L9965A 是一款锂离子电池监测和保护芯片，适用于高可靠性汽车应用和储能系统。最多可监控18个堆叠电池单体，以满足48V及更高电压系统的要求。芯片对每个电池的电压测量精度高。该设备最多可以监控10个NTC。信息通过SPI通信或隔离接口VIF总线传输。

项目经验与问题解决

艾睿电子拥有在支持大型车企软硬件开发测试的全套经验。我们解决的问题：

· 解决了BMS软件的客制化流程。

· 软件通过MISRA静态代码规范认证。

· 解决了BMS软件在RAM占用的要求。

· 解决了BMS软件非阻塞式访问要求。

· 解决了对cell，PCB，balance以及VB断线测试中发现的所有问题。

· 解决了高低温测试中发现的所有问题。

· 解决了通过自动化方式对BMS系统进行断线测试的方法。

· 解决了ESD以及EMC测试中发现的所有问题。

可扩展任务配置设计模块化传动系统

L9965 系列电池管理集成电路（BMIC）器件，可提供管理最高 16 串 / 18 串电池包配置所需的全部功能。该系列器件集成了一套完整的电芯 / 电池包监测、均衡及保护功能，专为严苛系统打造，可满足ASIL-D功能安全等级目标。L9965 采用高精度模数转换器（ADC），实现电芯电压、汇流排busbar电压及电池包总电压的同步采集。其电芯电压测量范围为 - 1 伏至 5.5 伏，适配绝大多数化学体系的电池。每一组电芯电压配对通道与独立的汇流排（BusBar）检测通道，均可实现任意数量汇流排的电压监测。该电池管理集成电路通过一款高效降压预稳压器供电，从而优化能耗与散热表现。器件内部还集成了一路 5 伏低压差线性稳压器（LDO），可为外部传感器提供偏置电压，并为配套芯片（如意法半导体汽车级电可擦除可编程只读存储器，即 M24 与 M95 系列）供电。芯片配备串行外设接口主设备（SPI Master）与集成电路总线主设备（I2C Master），可与外部传感器及电可擦除可编程只读存储器实现通信互联。被动均衡功能支持连续模式与脉冲宽度调制（PWM）模式两种工作方式。基于垂直隔离通信接口，最多可级联 59 台可寻址器件。L9965 搭载超高速隔离通信协议，能够在 10 毫秒内完成整个菊花链拓扑中所有器件的电压与温度数据传输。

L9965A

L9965A 应用市场：

汽车领域：纯电动汽车（BEV）与插电式混合动力汽车（PHEV）用高压电池包
汽车领域：轻度混合动力汽车用 48 伏电池包
备用储能系统与不间断电源（UPS）

L9965A 特性:

AEC-Q100 1 级标准要求
全面遵循 ISO 26262 功能安全标准，可支持 ASIL-D 级系统开发
实现了正常模式与低功耗模式下，电芯电压测量、温度测量及通信功能的 ASIL-D 等级功能安全目标
产品家族化布局：提供引脚对引脚兼容且软件兼容的多款芯片
专为超高能效设计
深度休眠模式功耗低于微瓦级
80V 电压下运行高性能电池管理系统（BMS）算法时，正常模式功耗低于毫瓦级，算法包含：每 10 毫秒完成 9 节电芯均衡、18 节电芯电压 + busbar电压 + 电池组总电压的转换与读取；每 100 毫秒完成 10 路通用输入输出口（GPIO）的转换与读取；为外部负载提供 5mA 电流；支持总线挂载 15 台器件的通信需求（适用于 800V 系统）
最大限度降低电池管理集成电路（BMIC）层级的电池包失衡问题
室温下，9965A芯片工作电流的工艺偏差最大为 ±200 微安
在 - 40℃~150℃全温域下运行上述高性能应用算法时，工作电流偏差最大为 ±1 毫安
同步测量 18 节电芯电压，具备过压 / 欠压检测及均衡欠压保护功能
可编程滤波功能，截止频率最低可达 3.34 千赫兹
通过专用引脚采集电池组总电压，并同步计算电芯电压的数字累加值，同时实现总电压过压 / 欠压检测，以及总电压与电芯电压累加值的合理性校验
支持将任意电芯电压配对或通过专用汇流排busbar通道同步测量汇流排电压；汇流排通道集成过流检测功能，可配合 L9965C 配套电流检测放大器（CSA），实现电池包过载状态检测。

全同步测量机制：电芯电压、汇流排busbar电压及电池组总电压并行采集，且与 L9965C 配套电流检测放大器（CSA）完全同步。
10 路通用输入输出引脚（GPIO），用于检测电芯温度与印制电路板（PCB）温度，具备过温 / 欠温检测及快充过温检测功能，支持比率测量与绝对测量两种模式。
被动式内部电芯均衡电流最高可达 400 毫安，支持连续时间模式与脉冲宽度调制（PWM）模式；可基于外置负温度系数（NTC）传感器实现自动降温，且在静默均衡模式下同样配备过流保护功能。
支持静默均衡模式，该模式下基础功耗低于 100 微安；具备周期性唤醒功能，并可基于均衡欠压阈值自动检测放电结束状态。
可快速、可靠地检测外部模拟前端电路及内部转换通路的各类故障；诊断程序可在管理常规转换与数据读取的同一线程中运行，即便是 10 毫秒的短周期循环也能适配。
内置电压 / 温度异常变化监测功能，可在低功耗模式下提前预警热失控风险；在正常工作状态下，能够检测电芯电压及NTC温度的异常失衡现象。
集成非易失性存储器（NVM），用于存储配置参数，并可在运行时校验配置信息的完整性。
搭载超高速隔离式垂直通信接口VIF，配合 L9965C 电流检测放大器（CSA）与 L9965T 收发器使用时，可在 10 毫秒内完成 252 节电芯的电压、电流及温度的转换与数据读取。
配备串行外设接口主设备（SPI Master）与集成电路总线主设备（I2C Master）外设，可与外部电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）及各类传感器进行通信。
集成串行外设接口从设备（SPI Slave），可在 48 伏系统应用中直接与微控制器（MCU）进行对接。
具备优异的热插拔抗干扰能力，电池包模拟前端引脚无需额外外接器件。
符合 ISO 11452-4 标准要求，可通过 200 毫安大电流注入（BCI）测试。