AFE（analog front end），中文是模擬前端，在BMS里面專指電池采樣芯片，用來(lái)采集電芯電壓和溫度等。
寫這個(gè)之前，想了比較久，AFE這一塊實(shí)在是能寫的地方太多了，某一個(gè)小地方都可以扯上一陣；最后還是決定從一個(gè)問(wèn)題切入，中間順帶介紹一點(diǎn)AFE相關(guān)東西，這樣內(nèi)容就不至于顯得太生硬和教條化。
這個(gè)問(wèn)題就是：如何選擇一款合適的AFE？
AFE在BMS里面的位置（圖片來(lái)源于TI官網(wǎng)）
按照正常的思維邏輯，當(dāng)然是對(duì)我們的輸入需求進(jìn)行分析，然后再做出選擇；實(shí)際呢，上面這句話只有一半是對(duì)的，因?yàn)榭晒┪覀冞x擇的AFE不多，所有的需求都要向現(xiàn)實(shí)妥協(xié)；就像一個(gè)大廚，可以做出滿足顧客需求的各類風(fēng)味，但手里卻只有豆腐這一種食材，怎么都有些捉襟見(jiàn)肘。
上圖是ADI的LTC6813的內(nèi)部功能框圖，目前市面上可以接觸到的AFE內(nèi)部結(jié)構(gòu)大同小異，不同點(diǎn)更多是集中在硬件資源方面；還有的話就是針對(duì)功能安全要求所設(shè)計(jì)的架構(gòu)形式。簡(jiǎn)單來(lái)講，最主要的不同點(diǎn)是采樣通道數(shù)量、內(nèi)部ADC的數(shù)量、類型與架構(gòu)（關(guān)于ADC這一塊，后面可以單獨(dú)拿出來(lái)討論）。
我們獲得的外部輸入需要主要來(lái)源于兩部分：國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)以及客戶的需求。兩個(gè)部分之間一定會(huì)有交叉，這就需要我們自己去分辨了，好消息是，一般客戶的需求會(huì)比標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格。
BMS可以參考的主要標(biāo)準(zhǔn)是QC／T 897－2011，由于更新的版本暫時(shí)還沒(méi)出來(lái)，先拿這個(gè)來(lái)講；里面針對(duì)AFE最主要的要求就是采集精度（如下圖），這個(gè)是我們的底線；標(biāo)準(zhǔn)里面指標(biāo)要求不是很嚴(yán)格，而且測(cè)試條件寫的很模糊，最新的討論稿要好很多。關(guān)于AFE的電壓采集精度的測(cè)量與驗(yàn)證，看起來(lái)簡(jiǎn)單，但怎么實(shí)現(xiàn)一個(gè)精準(zhǔn)的電壓參考源，尤其在EMC測(cè)試中，是一個(gè)值得討論的問(wèn)題。
來(lái)自客戶的需求就比較多了，其中影響AFE選擇的主要就是電池模組的配置。例如，最小的一個(gè)Module是幾串幾并的？一共有多少個(gè)模組？再就是一些細(xì)節(jié)的要求，如采樣精度，溫度點(diǎn)數(shù)量，功能安全需求等。
現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，對(duì)于并聯(lián)在一起的電芯，我們是當(dāng)做同一個(gè)電芯去采樣的；進(jìn)一步的，電芯基本都是先并后串，用以減少對(duì)采樣通道的需求；但讓我們頭疼的事情是，一個(gè)Module里面串聯(lián)的電芯數(shù)量不是固定的，再就是電芯的總串聯(lián)數(shù)量也不統(tǒng)一。這樣的話就需要我們?nèi)テヅ涿恳环N模組的電芯數(shù)量，更不幸的是，AFE的最大電壓通道數(shù)量是不連續(xù)的分布（主要分為3個(gè)檔次：6s左右、12s左右和18s左右），這樣就要仔細(xì)選擇合適的通道數(shù)量進(jìn)行匹配，做到既不浪費(fèi)也不勉強(qiáng)。所以尤其對(duì)于第三方獨(dú)立的BMS廠家來(lái)說(shuō)，因?yàn)楸旧淼脑捳Z(yǔ)權(quán)有限，夾在主機(jī)廠和電芯廠之間，想做出一個(gè)平臺(tái)版本的產(chǎn)品是比較困難的。
圖片來(lái)源https：／／book．liionbms．com
而且還會(huì)涉及到一種比較特殊的場(chǎng)景，就是AFE跨接模組進(jìn)行采樣（如下圖）。簡(jiǎn)單說(shuō)就是把銅排上面的壓降一起采回來(lái)；我們可能用一個(gè)獨(dú)立的通道去采集，或者把它和電芯放在一起去采集。無(wú)論哪種方式，都會(huì)涉及到一種負(fù)壓的采樣問(wèn)題，這就需要AFE的采樣通道可以承受負(fù)壓，目前來(lái)看，能做到的廠家不多，很多廠家的產(chǎn)品都在朝這個(gè)方向演進(jìn)。
除了采樣精度外，容易被我們忽略的就是AFE的溫度采樣通道數(shù)量。推薦的溫度通道與電壓通道數(shù)量比是1：2，不要再小了，因?yàn)榭赡軙?huì)造成溫度通道數(shù)量不夠用。除了采集外部的NTC，板內(nèi)還可能會(huì)有一些模擬信號(hào)，所以，溫度采樣通道是比較緊張的資源。
目前可供我們選擇的車規(guī)AFE資源是有一些的（如下表），可能有些信息不太準(zhǔn)確，有些還處于樣片階段，僅供參考。里面把美國(guó)和非美國(guó)的器件分了類，其實(shí)NXP和瑞薩與美國(guó)的關(guān)系也比較密切，有些說(shuō)不清。國(guó)內(nèi)的AFE起步有點(diǎn)晚，可以看到實(shí)際上車的幾乎沒(méi)有。
總結(jié)
前面走馬觀花地介紹了選擇AFE的幾個(gè)主要依據(jù)，其實(shí)如果公司的平臺(tái)已經(jīng)建立好，就很難選型新的AFE，只在老的平臺(tái)上反復(fù)演進(jìn)。把成熟的電路拿過(guò)來(lái)直接用，對(duì)工程師來(lái)講，是好事也是壞事，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，最好要經(jīng)歷過(guò)從0到1的過(guò)程。 |
