为什么现在锂电池中都开始采用AFE芯片进行电池管理？原因在这里
前言
新能源技术在快速发展，而电池作为能量存储和转换的关键组件，在电动汽车（EV）、移动设备、储能系统等多个领域发挥着至关重要的作用。目前最广泛使用的电池就是锂电池，因其高能量密度、长循环寿命和低自放电率等优点，成为目前最主流的电池。
针对电池带来的安全隐患，通常采用电池管理系统（BMS）对电池以及电池组进行监测和保护。它通过精确控制电池的充放电过程，实时监测电池的电压、电流、温度等关键参数，以及估算电池的荷电状态和健康状态，同时采取相应的保护措施，如切断电池供电或发出警报。这些保护措施可以有效降低电池组的故障风险，并确保电池组的安全运行。
目前锂电池管理系统BMS开始普遍使用AFE（模拟前端）+MCU来实现更先进管理系统，AFE负责将电池的电压、电流和温度等模拟信号转换为数字信号，供微控制器或处理器进行进一步处理。AFE还可通过集成多种功能，提供对电池组的监测、优化和保护，适配更多场景的应用，并确保电池组的安全运行和最大化使用寿命。
AFE芯片
具体型号配置信息如上表所示，接下来通过其中几款芯片型号来介绍该系列芯片的优势。
以下排名不分先后，按企业英文首字母顺序排序。
INJOINIC英集芯
英集芯IP3281
IP3281 是一款低功耗电池组保护器，用于10~16 节串联锂离子/聚合物可充电电池的初级保护的解决方案。该产品集成了聚合物可充电电池安全运行所需的一整套的电压、电流和温度所有检测和保护。保护阈值和延时均为出厂编程设定，有多种配置可供选用，采用TSSOP30封装。
JoulWatt杰华特
杰华特JW33708
JW33708是一款多电池堆的监测和保护芯片，芯片耐压60V，支持4-8串电池应用，可为每个电池提供被动均衡功能，支持最多3个连续电池同时放电。JW33708可用于电池电压和温度感知的14位ADC，电压精度达10mV，以及用于充放电电流感知的16位ADC，电流精度达75μV。
多个JW33708可以串联使用，可通过SPI接口与外部控制单元通信，集成了预充电和预放电驱动器，支持睡眠模式，电流较小时可实现高效率低功耗，采用NMOS驱动，并具有多种保护机制，采用TSSOP38封装。
杰华特JW3370
JW3370是一款多电池堆的监测和保护芯片，芯片耐压60V，支持4-10串电池应用，可为每个电池提供被动均衡功能，支持最多3个连续电池同时放电。JW3370可用于电池电压和温度感知的14位ADC，电压精度达10mV，以及用于充放电电流感知的16位ADC，电流精度达75μV。
多个JW3370可以串联使用，可通过SPI接口与外部控制单元通信，集成了预充电和预放电驱动器，支持睡眠模式，电流较小时可实现高效率低功耗，采用NMOS驱动，并具有多种保护机制，采用TSSOP38封装。
杰华特JW3323A
JW3323A是一款高度集成、低成本的保护和监控芯片，适用于6-13串联电池应用，集成了12位ADC，用于高精度电压检测，电压精度达15mV。并集成了保护和延迟电路，用于故障事件包括过充、过放、短路、断路、过温等。
外部控制单元通过I2C接口与JW3323A通信，方便用户监测每个串联电池组的状态，特别是锂离子可充电电池组。JW3323A还提供包括断线检测、奇偶动态平衡、引脚故障检测、内部过温保护和充电许可等保护机制，以增强系统安全性。
为了提升易用性，JW3323A支持电子锁功能以独立控制放电，提供GPS引脚以启用GPS应用，还提供警报引脚用于电池故障警报以及DOCT引脚用于释放部分电池故障，采用30-Pin TSSOP封装。
PENG SHEN TECH鹏申科技
鹏申PB7200
PB7200是鹏申科技AFE芯片产品PB7系中的一员，支持5-20串电芯应用，工作电压范围在12至95V，单节电芯单元电压测量范围为0-5V，可用于执行电池组的测量、保护和均衡功能，适用于大多数锂、钠电池。
该芯片还内置VADC模块用于电压、温度和电流测量；内置CADC模块用于采集电流，用于库仑计方式的高精度SOC计量，同时提供4个充放电MOS控制引脚。
BMU单板内部的AFE模块通过电容隔离的菊花链级联方式实现，而单板之间则通过变压器隔离的菊花链级联，有效保证了信号传输的稳定性和系统的抗干扰能力。系统设计允许最大配置为1个基础单元加上31个扩展单元。Stack1通过线束连接到控制板上的AFE0(Base)，AFE0与MCU之间通过串口通信进行数据交换，有效简化了布线并提高了系统可靠性。此外，系统还配备了用于驱动光耦的ACT_CTR，用于控制各Stack AFE的ACT引脚，以实现shutdown模式的进入或AFE的硬复位，为系统维护和故障恢复提供了重要保障。
PB7200的功耗极低，同时鹏申科技AFE产品具备高效的自动调度功能，能够实现定时测量和实时保护，通过中断通知MCU，有效节省资源和降低功耗，同时在低功耗模式下保持关键保护功能，并能自动检测并响应电流变化和充电器插入，实现深度节能状态。
充电头网也拿到了这款芯片的方案demo，以上为实物展示。
PB7200采用LQFP80封装，可广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动工具、通信、家庭和风光储能等 5~20 串锂电芯 BMS 系统中。
鹏申PB7170
PB7170同样是鹏申科技AFE芯片产品PB7系中的一员，支持5至17串电芯应用，工作电压范围在12至88V，单节电芯单元电压测量范围为0-5V，可用于执行电池组的测量、保护和均衡功能，适用于大多数锂电池。
该芯片配备VADC模块，专门用于精确测量电压、温度和电流；同时，CADC模块能够进行高精度的电流采集，适用于库仑计方式的SOC计量。此外，该芯片还提供3个充放电MOS控制引脚，支持高达100mA的单通道均衡电流，并能实现多单元均衡的同时启动，满足多种智能均衡策略的需求。
PB7170的功耗极低，提供多种低功耗睡眠模式，可根据不同使用场景采用不同的模式，并能自动检测并响应电流变化和充电器插入，在睡眠模式下也能保持极快的唤醒速度并保持极低的功耗，实现深度节能状态。
同时鹏申科技AFE产品具备高效的自动调度功能，能够实现定时测量和实时保护，通过中断通知MCU，有效节省资源和降低功耗。
充电头网同样也拿到了这款芯片的方案demo，以上为实物展示。
PB7170采用LQFP64封装，可广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动工具、通信、家庭和风光储能等 5~17 串锂电芯 BMS 系统中。
鹏申PB5100
PB5100是鹏申科技AFE芯片产品PB5系中的一员，支持4-10串电芯应用，工作电压范围在6至55V，单节电芯单元电压测量范围为0-5V，可用于执行电池组的测量、保护和均衡功能，适用于大多数锂/钠电池。
该芯片配备VADC模块，专门用于精确测量电压、温度和电流；同时，CADC模块能够进行高精度的电流采集，适用于库仑计方式的SOC计量。此外，该芯片还提供4个充放电MOS控制引脚，支持多单元均衡的同时启动，满足多种智能均衡策略的需求。
与PB7系不同，PB5100采用QFN32(QFP32)封装，可广泛应用于电动工具、便携储能、家用电器的供电系统之中。
充电头网总结
在新能源技术迅猛发展的今天，电池作为能量转换和存储的核心部件，其重要性不言而喻。锂电池因具有优越的性能，已经成为电动汽车、移动设备、储能系统等领域的首选。而随着锂电池应用的广泛，其安全性问题也日益凸显。电池管理系统（BMS）作为确保电池安全运行的关键技术，其发展对于提升电池性能和保障用户安全至关重要。
本文详细介绍了包括鹏申科技、英集芯、杰华特等公司的AFE芯片产品，这些产品以高精度的监测、优化和保护功能，为电池组的安全运行和最大化使用寿命提供了有力保障。通过这些AFE芯片，可以看到电池管理系统正朝着更智能、更高效、更安全的方向发展。
锂电池容量突然“跳水”，什么原因导致的？
常规循环条件下负极活性材料颗粒表面 SEI 随电池老化的生长增厚所消耗的锂离子是造成电池容量衰减的主要原因 。此时电池容量随着累计充放电安时数或者是等效满充满放循环次数的增加而近似以线性规律衰 减。 而在某些情况下 ，电池在经 历一段时间的近 似线性衰退后可能会出现突然的容量急剧加速衰减现象 ， 即容量 “跳水”，这 预示着出 现了新的老化机制主导了电池容量衰减过程。在低温大倍率充电和过充电等极端使用条 件下 ，电池容量因为负极析锂而出现 “跳 水”，但是多篇文献表明即使在一些适宜的温度和充电应力条件下，电池在线性衰退后期也有可能出现容 量 “跳水”现象。
这些“跳水”现象具有如下三个特点 ：
（1） 在多种正极活性材料体系下电池都出现了容量“跳水”，据此推断“跳水”主导机制可 能源自负极 ； （2）充电电流和充电截止电压的大小可以显著影响线性衰退阶段与容量“跳水”之间转折 点所对应的时间或容量保持率 ； （3）“跳水”电池的拆解分析表明其负极和隔膜的界面处出现了大量金属锂。根据这三个特点 ，绝大部分文献都把电池正常衰退 一段时间之后的容量突然“跳水”归因于负极在充 电过程中出现了析锂 。 由于石墨负极在电池充电末期的平衡电势接近于析锂电位 ，当 电池遭受较大的充电极化时会导致负极电位低于析锂电位从而诱发析锂 ， 这会消耗大量 的锂离子。 在电池长时间循环老化过程中，石墨颗粒表面 SEI 膜持续生长不仅消耗 了电解液 ， 也降低了多孔电极的孔隙率 ， 导致锂离子在负极扩散的动力学性能变差 ， 进而加大了充电极化 ， 因此电池老化后即使在适宜的充电应力条件下也有可能出现负极析锂。 析出的锂金属可以与电解液反应并转化成 SEI膜 ，这将进一步降低负极的离子动力 学性能 ， 从而形成一种正反馈过程 ， 导致电池容量急剧衰减。
当前研究锂离子电池容量“跳水”机理的文献多聚焦于石墨负极 ， 而较少关注正极材料对 容量“跳水”的影 响 ， 尚不明确电极活性材料是否在容量“ 跳水”后出现加速衰退 。 对于 高比能三元电 池 ， 其正极材料的稳定性相比于其他材料体系电池较 低 ，研究正极对容 量“跳水”的影响具有重要意义 。 此外 ， 当前研究多通过事后拆解找出容量“ 跳水”的诱发 机制 ， 虽然可以获得“跳水”后正负电极以及隔膜的特性参数从而准确定位原 因 ， 但无法 获取电池全生命周期内从正常衰退 阶段转 到“跳水” 后老化表征参数的演变规律 ， 这不 利于基于电池外部电压电流监测据提取容量“跳水” 表征指标并实现 “跳水”电池的在线识别 。
来源：新能源时代
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