浅析BMS怎么选择合适的AFE

AFE（analog front end），中文是模拟前端，在BMS里面专指电池采样芯片，用来采集电芯电压和温度等。

写这个之前，想了比较久，AFE这一块实在是能写的地方太多了，某一个小地方都可以扯上一阵；最后还是决定从一个问题切入，中间顺带介绍一点AFE相关东西，这样内容就不至于显得太生硬和教条化。

这个问题就是如何选择一款合适的AFE？

AFE在BMS里面的位置（图片来源于TI官网）

按照正常的思维逻辑，当然是对我们的输入需求进行分析，然后再做出选择；实际呢，上面这句话只有一半是对的，因为可供我们选择的AFE不多，所有的需求都要向现实妥协；就像一个大厨，可以做出满足顾客需求的各类风味，但手里却只有豆腐这一种食材，怎么都有些捉襟见肘。

上图是ADI的LTC6813的内部功能框图，目前市面上可以接触到的AFE内部结构大同小异，不同点更多是集中在硬件资源方面；还有的话就是针对功能安全要求所设计的架构形式。简单来讲，最主要的不同点是采样通道数量、内部ADC的数量、类型与架构（关于ADC这一块，后面可以单独拿出来讨论）。

我们获得的外部输入需要主要来源于两部分国内外标准以及客户的需求。两个部分之间一定会有交叉，这就需要我们自己去分辨了，好消息是，一般客户的需求会比标准要严格。

BMS可以参考的主要标准是QC／T 897－2011，由于更新的版本暂时还没出来，先拿这个来讲；里面针对AFE最主要的要求就是采集精度（如下图），这个是我们的底线；标准里面指标要求不是很严格，而且测试条件写的很模糊，最新的讨论稿要好很多。关于AFE的电压采集精度的测量与验证，看起来简单，但怎么实现一个精准的电压参考源，尤其在EMC测试中，是一个值得讨论的问题。

来自客户的需求就比较多了，其中影响AFE选择的主要就是电池模组的配置。例如，最小的一个Module是几串几并的？一共有多少个模组？再就是一些细节的要求，如采样精度，温度点数量，功能安全需求等。

现实应用中，对于并联在一起的电芯，我们是当做同一个电芯去采样的；进一步的，电芯基本都是先并后串，用以减少对采样通道的需求；但让我们头疼的事情是，一个Module里面串联的电芯数量不是固定的，再就是电芯的总串联数量也不统一。这样的话就需要我们去匹配每一种模组的电芯数量，更不幸的是，AFE的最大电压通道数量是不连续的分布（主要分为3个档次6s左右、12s左右和18s左右），这样就要仔细选择合适的通道数量进行匹配，做到既不浪费也不勉强。所以尤其对于第三方独立的BMS厂家来说，因为本身的话语权有限，夹在主机厂和电芯厂之间，想做出一个平台版本的产品是比较困难的。

图片来源https／／book．liionbms．com

而且还会涉及到一种比较特殊的场景，就是AFE跨接模组进行采样（如下图）。简单说就是把铜排上面的压降一起采回来；我们可能用一个独立的通道去采集，或者把它和电芯放在一起去采集。无论哪种方式，都会涉及到一种负压的采样问题，这就需要AFE的采样通道可以承受负压，目前来看，能做到的厂家不多，很多厂家的产品都在朝这个方向演进。

除了采样精度外，容易被我们忽略的就是AFE的温度采样通道数量。推荐的温度通道与电压通道数量比是12，不要再小了，因为可能会造成温度通道数量不够用。除了采集外部的NTC，板内还可能会有一些模拟信号，所以，温度采样通道是比较紧张的资源。

目前可供我们选择的车规AFE资源是有一些的（如下表），可能有些信息不太准确，有些还处于样片阶段，仅供参考。里面把美国和非美国的器件分了类，其实NXP和瑞萨与美国的关系也比较密切，有些说不清。国内的AFE起步有点晚，可以看到实际上车的几乎没有。

总结

前面走马观花地介绍了选择AFE的几个主要依据，其实如果公司的平台已经建立好，就很难选型新的AFE，只在老的平台上反复演进。把成熟的电路拿过来直接用，对工程师来讲，是好事也是坏事，从长远看，最好要经历过从0到1的过程。