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1：2，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。