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。

锂离子电池自放电，终于有人总结透彻了

【能源人都在看，点击右上角加'关注'】

来源丨锂电前沿

导读

自放电的一致性是影响因素的一个重要部分，自放电不一致的电池在一段时间储存之后SOC会发生较大的差异，会极大地影响它的容量和安全性。对其进行研究，有助于提高我们的电池组的整体水平，获得更高的寿命，降低产品的不良率。

含一定电量的电池，在某一温度下，在保存一段时间后，会损失一部分容量，这就是自放电。简单理解，自放电就是电池在没有使用的情况下容量损失，如负极的电量自己回到正极或是电池的电量通过副反应反应掉了。

自放电的重要性

目前锂电池在类似于笔记本，数码相机，数码摄像机等各种数码设备中的使用越来越广泛，另外，在汽车，移动基站，储能电站等当中也有广阔的前景。在这种情况下，电池的使用不再像手机中那样单独出现，而更多是以串联或并联的电池组的形式出现。

电池组的容量和寿命不仅与每一个单个电池有关，更与每个电池之间的一致性有关。不好的一致性将会极大拖累电池组的表现。

自放电的一致性是影响因素的一个重要部分，自放电不一致的电池在一段时间储存之后SOC会发生较大的差异，会极大地影响它的容量和安全性。对其进行研究，有助于提高我们的电池组的整体水平，获得更高的寿命，降低产品的不良率。

自放电机理

锂钴石墨电池电极反应如下：

电池开路时，不发生以上反应，但电量依然会降低，这主要是由于电池自放电所造成。造成自放电的原因主要有：

a.电解液局部电子传导或其它内部短路引起的内部电子泄露。

b.由于电池密封圈或垫圈的绝缘性不佳或外部铅壳之间的电阻不够大（外部导体，湿度）而引起的外部电子泄露。

c.电极/电解液的反应，如阳极的腐蚀或阴极由于电解液、杂质而被还原。

d.电极活性材料局部分解。

e.由于分解产物（不溶物及被吸附的气体）而使电极钝化。

f.电极机械磨损或与集流体间电阻变大。

自放电的影响

1、自放电导致储存过程容量下降

几个典型的自放电过大造成的问题：

1、汽车停车时间过久，启动不了；

2、电池入库前电压等一切正常，待出货时发现低电压甚至零电压；

3、夏天车载GPS放在车上，过段时间使用感觉电量或使用时间明显不足，甚至伴随电池发鼓。

2、金属杂质类型自放电导致隔膜孔径堵塞，甚至刺穿隔膜造成局部短路，危及电池安全

3、自放电导致电池间SOC差异加大，电池组容量下降

由于电池的自放电不一致，导致电池组内电池在储存后SOC产生差异，电池性能下降。客户在拿到储存过一段时间的电池组之后经常能够发现性能下降的问题，当SOC差异达到20%左右的时候，组合电池的容量就只剩余60%~70%。

4、SOC差异较大容易导致电池的过充过放

一、化学&物理自放电的区分

1、高温自放电与常温自放电对比

物理微短路与时间关系明显，长时间的储存对于物理自放电的挑选更有效；而高温下化学自放电则更显著，应用高温储存来挑选。

按照高温5D，常温14D的方式储存：如果电池自放电以物理自放电为主，则常温自放电/高温自放电≈2.8；如果电池自放电以化学自放电为主，则常温自放电/高温自放电＜2.8。

2、循环前后的自放电对比

循环会造成电池内部微短路熔融，从而使物理自放电降低，所以：如果电池自放电以物理自放电为主，则循环后的自放电降低明显；如果电池自放电以化学自放电为主，则循环后的自放电无明显变化。

3、液氮下测试漏电流

在液氮下使用高压测试仪测量电池漏电流，如有以下情况，则说明微短路严重，物理自放电大：

1）某一电压下，漏电流偏大；

2）不同电压下，漏电流之比与电压之比相差大。

4、隔膜黑点分析

通过观察和测量隔膜黑点的数量、形貌、大小、元素成分等，来判断电池物理自放电的大小及其可能的原因：1）一般情况下，物理自放电越大，黑点的数量越多，形貌越深（特别是会穿透到隔膜另一面）；2）依据黑点的金属元素成分判断电池中可能含有的金属杂质。

5、不同SOC的自放电对比

不同SOC状态下，物理自放电的贡献会有差异。通过实验验证，100%SOC下更容易分辨物理自放电异常的电池。

二、自放电测试

1、自放电检测方法

1）电压降法

用储存过程中电压降低的速率来表征自放电的大小。该方法操作简单，缺点是电压降并不能直观地反映容量的损失。电压降法最简单实用，是当前生产普遍采用的方法。

2）容量衰减法

即单位时间内容量降低的百分数来表示。

3）自放电电流法Isd

根据容量损失和时间的关系推算电池储存过程中的自放电电流Isd。

4）副反应消耗的Li+摩尔数计算法

基于电池储存过程Li+消耗速率受负极SEI膜电子电导的影响，推导算Li+消耗量随储存时间的关系。

2、自放电测量系统关键点

1）选取合适的SOC

dOCV/dT受SOC影响，温度对OCV的影响在平台处被显著放大，带来很大的SOC预测误差。需选择对温度变化相对不敏感的SOC测试自放电，如：FC1865：25%SOC测自放电；LC1865：50%SOC测自放电。

因电池容量差异，故实际电池的SOC存在波动，公差约为4%左右，故考察5%的公差范围内OCV曲线斜率的变化。LC1865 53%和99.9%SOC处斜率很稳定，分别为3.8mV/%SOC和10mV/%SOC。FC1865~25%SOC处斜率比较稳定；当然满电态也是个简单实用的自放电测量点。

2）起始时间的选定

FC1865 25%SOC下（也可以是其他SOC值）看充电结束后每小时电压变化，20h以后电压降速率基本一致，可以认为极化已基本恢复。故选取24h作为自放电测试起始时间。

LC1865 50%SOC下14h以后电压变化速率在0.01mV/h上下小范围波动，可以认为极化已基本恢复，选取24h作为自放电起始点是可行的。

3）储存温度和时间

储存温度和时间对自放电的影响（LC1865H）

在研究区间内，自放电与时间和温度均呈显著的线性关系。可将自放电模型拟合为：自放电=0.23*t+0.39*(T-25)。（以上数值和关系式和电池体系有关，常量会相应变化，以下其他关系也是。）

常温下由于化学反应速率的降低，其物理自放电的异常点表现更明显。14D储存能够非常好的预测28D的结果。

3、自放电测量系统的改进

1）测电压温度

测电压环境温度对自放电的影响：FC1865:每增加1℃，电压下降0.05mV；LC1865:每增加1℃，电压下降0.17mV。

2）电压表选型

在电压表的选择上，由于自放电研究的是0.1mV层面的变化，传统的4位半电压表（精确到1mV，分辨率到0.1mV）已不适合，故选用六位半Agilent 34401A电压表，（精确达到0.1mV，分辨率达到0.01mV甚至更高）。另外该量仪的重复性也相当不错。

4、自放电标准的确定

1）理论推算

2) 1mV差异模拟

通过人为调整10%SOC差异模拟1mV（28天1mv，14天0.5mv的差异）自放电差异使用3年后的Balance结果。3组电池均未发生过充的安全问题，但是放电时的电压差已经非常大（1200mV），自放电大的电池被过放至2.5V，PACK容量损失10%。

自放电影响因素及控制要点

一、原材料金属杂质

1、金属杂质的影响机理

电池中：金属杂质发生化学和电化学腐蚀反应，溶解到电解液：M→Mn++ne-；此后，Mn+迁移到负极，并发生金属沉积：Mn++ne-→M；随着时间的增加，金属枝晶在不断生长，最后穿透隔膜，导致正负极的微短路，不断消耗电量，导致电压降低。

注： 以上只是最常见的形式，还可能有很多其他的影响机理。

2、不同种类金属屑影响程度

（1）正极浆料中添加不同种类金属屑

可定性的对影响程度排序：Cu>Zn>Fe>Fe2O3

注： 原则上，只要是金属杂质（如以上未列出的还有FeSFeP2O7…)，都会对自放电产生较大影响，影响程度一般是金属单质最强。

金属屑电池的隔膜黑点形貌深（穿透到另一面）、数量多:

隔膜黑点的金属元素成分与添加的金属种类相吻合，说明隔膜黑点上的金属元素确实来源于金属杂质:

（2）负极浆料中添加不同种类金属屑

负极浆料中金属杂质的影响不及正极浆料中的金属杂质；其中，Cu、Zn 对自放电有显著影响；Fe、氧化铁未观察到显著影响。

3、金属杂质关键控制

（1）建立磁性金属杂质的测试方法

①用电子称称量粉末后，投入到聚四氟乙烯球磨罐中

②将已准备好的磁铁投入粉末，放超纯水

③球磨机以200±5rpm的速度搅拌30±10分钟

④搅拌完毕后，取出内部的磁铁（避免用手或其他器具直接接触

⑤磁铁表面吸的正极活性物质，用超纯水来洗净后，利用超声波来洗净 15±3秒钟。

⑥ ⑤项的手法反复进行多次——磷酸铁锂：20遍；其它物料：5-8遍

⑦洗净好的磁铁转移到100ml烧杯里。(防止异物的混入)

⑧在烧杯里，倒稀王水(盐酸:硝酸=3:1)6ml后，再加入磁铁沉浸程度的超纯水。然后加热20分钟左右

⑨将加热好的溶液转移到100ml容量瓶里，至少润洗3次，并把润洗液也转移到容量瓶中，最后用超纯水定容

⑩准备好的溶液，送AAS进行定量分析铁，铬，铜，锌，镍，钴的含量（磷酸铁锂再加测一个锂元素）。

测量原材料的磁性金属杂质含量：

磷酸铁锂：

杂质成分包含Fe、Cr、Ni、Al、P等，杂质金属应该为不锈钢。

KS6：

磁性金属杂质主要成分是Al，还有少量Mg。

（2）对金属杂质含量过高的原材料进行除铁

（3）原材料除铁对自放电的改善

二、制程粉尘金属屑

1、制程中粉尘金属屑的潜在来源

2、采取措施减少和消除粉尘金属屑

3、实例

使用自动卷绕机后，极片掉料显著改善：

使用自动卷绕机后，极芯短路率显著降低：

自动卷绕机对自放电的改善：

整个车间和产线的非金属化、5S行动：

三、电池水分

1、水分对自放电的影响机理

如上图，当电池中有H2O存在时，首先，其会与LiPF6反应，生产HF等腐蚀性气体；同时与溶剂等反应产生CO2等气体引起电池膨胀；HF会与电池中众多物质如SEI主要成分反应，破坏SEI膜；生成CO2和H2O等；CO2引起电池膨胀，重新生成的H2O又参与LiPF6、溶剂等反应；形成恶性链式反应！

SEI膜破坏的后果：

1）、溶剂进入石墨层中与LixC6反应，引起不可逆容量损失；

2）、破坏的SEI修复则要消耗Li+和溶剂等，进一步造成不可逆容量损失。

2、水分测量

固体水分测量方法的改进：

原有甲醇浸泡的测量方法的重复性和再现性都较差；并且测试周期长（浸泡24h），不可能用于在线控制。

改用卡氏加热炉+水分测定仪，准确性和精确性提高，MSA通过；测试时间约5分钟，适合用于在线监控。

3、水分控制

（1）优化极芯烘烤工艺，提高除水效果

（2）开发小卷烘烤工艺，提升除水效果

（3）建设自动装配线，减少极芯吸水

（4）控制电池注液过程中吸水

（5）优化制作流程，减少在制品积压

四、改善效果

1、电压趋于稳定

2、自放电不良率降

3、自放电趋势逐步稳定

4、自放电均值和中位数降低

免责声明：以上内容转载自电池中国，所发内容不代表本平台立场。全国能源信息平台联系电话：010-65367817，邮箱：hz@people-energy.com.cn，地址：北京市朝阳区金台西路2号人民日报社

相关问答

你要看GPS安装在哪?1、如果安装在车辆上(保险、打铁之类的地方),那么,及时是锂电池,也是借用车辆上的电;2、如果GPS设备跟手机一样的,锂电池供电,只是...你...

有的,共享电单车锂电池也有智能监控模块,但是小喜共享电单车锂电池的智能锁现在都开始带有智能监控模块,通讯协议,GPS定位等功能,而且能配合APP使用。由于共...

摩羯星GPS具有检测电瓶电压的功能,当电瓶电压低于10.5V时会产生低电压报警。内置1000mA电池,当外电源被剪断后,设备仍可正常运行超12小时。待机60分钟后并且没...

根据gps供电方式和安装位置的不同,能够使用的时间也有所不同。一般来说,如果gps是电池供电,通常能用2年左右;如果gps是通过汽车电机供电,那么只有汽车没电时...

不建议自己安装GPS定位设备在电动车锂电池上。因为锂电池是电动车的核心部件,如果安装不当或者设备出现问题,可能会对电池带来损害,甚至会对车辆的安全性产生...

锂电池内部是没有定位器的。电池就是电池,除非有特殊定制的功能,如共享单车。锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。19...

1、首先关闭汽车引擎,拔出钥匙,此时除了防盗系统,就只有定位器在用电。2、其次检查汽车蓄电池正极外接的陌生电线。3、然后拔除陌生电线即可拆除。电池(Bat...

中海达gps外接电瓶是12伏。中海达RTK华测GPS南方合众思壮天宝主机电台大容量外挂锂电池电瓶12V10000mAh圆柱形外挂电池。中海达gps外接电瓶是12伏。中海...

有的,共享电单车锂电池没有智能监控模块,但是用共享电单车锂电池的智能锁现在都开始带有智能监控模块,通讯协议,GPS定位等功能,而且能配合APP使用。由于共...

不带定位。因为普通的锂电池主要用于消费电子产品等场景,不需要特别精准的定位功能。锂电池的主要功能是提供电能,而对于需要定位功能的场景,会采用其他类型的...