"高邊驅(qū)動(dòng)+μV精度"不貴了！奇力VAS610x實(shí)測：電動(dòng)工具儲(chǔ)能電池的平民化BMS方案

星球測評 04-28 14:02 187 閱讀 1 贊 1 收藏 0 評論

01引言

在電動(dòng)工具、儲(chǔ)能電源等中高功率鋰電池應(yīng)用場景中，電池管理系統(tǒng)（BMS）的精度、可靠性和集成度直接決定了產(chǎn)品性能。

奇力科技推出的VAS610x系列BMS AFE芯片，憑借高邊驅(qū)動(dòng)架構(gòu)、高集成、自動(dòng)均衡、高精度16-bit ADC電流檢測和超低船運(yùn)模式功耗，成為電動(dòng)工具、儲(chǔ)能電源等電池管理系統(tǒng)理想解決方案。

本文將通過實(shí)測數(shù)據(jù)，驗(yàn)證VAS610x芯片在DEMO板上的性能表現(xiàn)，包括電壓、電流采集精度情況、MOS開關(guān)時(shí)間、短路保護(hù)、低功耗等方面，為后續(xù)應(yīng)用提供參考，同時(shí)開源DEMO全部文檔資料（詳細(xì)的PCB、原理圖、例程代碼、BOM清單等），拿來即用。

02樣機(jī)介紹

基于VAS610x系列BMS DEMO

基于VAS610x系列BMS DEMO1.公布參數(shù)

高邊驅(qū)動(dòng)架構(gòu)（VAS6102）：直接驅(qū)動(dòng)高邊MOSFET，省去電荷泵外圍電路，簡化PCB布局（對比傳統(tǒng)低邊驅(qū)動(dòng)方案節(jié)省30%面積）。
耐壓能力：支持10節(jié)串聯(lián)（45V），VPUMP引腳可承受80V瞬態(tài)電壓。
雙ADC高精度采樣：電壓檢測，16-bit ADC，±10mV精度（25℃）。電流檢測，獨(dú)立16-bit ADC，±100μV失調(diào)誤差，支持±260mV寬量程（可適配1mΩ~5mΩ檢流電阻）。
低功耗與工作模式：船運(yùn)模式，2μA功耗。獨(dú)立運(yùn)行模式，80μA功耗。正常模式，320μA 功耗。待機(jī)模式，56μA。
均衡功能：提供自主式或主機(jī)控制型電池均衡。
保護(hù)功能：過壓，欠壓，過溫，低溫，過流，短路等保護(hù)。
通訊功能：支持400KHz I2C接口。

2.原理圖

由于圖片清晰度的問題，完整版原理圖請?jiān)谖哪┇@取。

03樣機(jī)實(shí)測

1.電流采集精度測試

| 測試方法：

輸入電池組采用電阻分壓模擬10串方式，電流采樣電阻使用1毫歐，總輸入電壓39V，分別帶載1A/2A/5A/10A，記錄實(shí)際電流值和VAS610x芯片上位機(jī)讀取的電流值。| 測試結(jié)果：

1A電流：芯片上位機(jī)讀取的電流值0.96A-0.99A，實(shí)際電流0.99A。
2A電流：芯片上位機(jī)讀取的電流值1.94A-1.98A，實(shí)際電流1.99A。
5A電流：芯片上位機(jī)讀取的電流值4.29A-4.98A，實(shí)際電流4.98A。
10A電流：芯片上位機(jī)讀取的電流值9.90A-9.95A，實(shí)際電流9.98A。

儀器助手采集

1A電流，芯片采集

1A電流，儀器助手采集

2A電流，芯片采集

2A電流，儀器助手采集

5A電流，芯片采集

5A電流，儀器助手采集

10A電流，芯片采集

10A電流，儀器助手采集

| 測試結(jié)論：

全量程誤差≤3%，10A大電流時(shí)精度最優(yōu)（誤差≤0.8%），電流增大時(shí)誤差反而減小，線性度表現(xiàn)優(yōu)異。完全滿足電動(dòng)工具和儲(chǔ)能系統(tǒng)的精度需求。使用低溫漂電阻或者適當(dāng)加大電流取樣電阻還可進(jìn)一步提升精度。

2.電壓采集精度測試

| 測試方法：輸入電池組采用電阻分壓模擬10串方式，每個(gè)電池電壓3.60V，總輸入電壓36V，通過上位機(jī)讀取芯片采集到的單節(jié)電池電壓，記錄VAS610x芯片上位機(jī)讀取的單節(jié)電池電壓和實(shí)際電壓的區(qū)別。

| 測試結(jié)果：測量實(shí)際電壓第一節(jié)電池到第十節(jié)電池，電壓為3.601V。VAS610x芯片上位機(jī)讀取電壓為3.597V-3.611V，誤差≤0.3%，電壓測量精度表現(xiàn)出色。

儀器助手采集

芯片端電壓采集

儀器助手采集

| 測試結(jié)論：單節(jié)電壓測量誤差≤0.3%，該芯片憑借出色的電流/電壓采集性能，可顯著提升鋰電池系統(tǒng)的安全性和可靠性，是高要求應(yīng)用的理想選擇。

| 測試方法：

電池總電壓37V，分別測試，正常模式、待機(jī)模式、獨(dú)立運(yùn)行模式、船運(yùn)模式，記錄輸入耗電電流大小。

3.靜態(tài)電流測試

| 測試結(jié)果：

正常模式穩(wěn)定在351uA，待機(jī)模式穩(wěn)定在72.7uA，獨(dú)立運(yùn)行模式150uA-183uA，船運(yùn)模式2.9uA-3uA。

儀器助手采集

正常模式

待機(jī)模式（不打開任何功能）

獨(dú)立運(yùn)行模式（使用10K電阻下拉ALONE管腳）

船運(yùn)模式

| 測試結(jié)論：VAS610x芯片靜態(tài)電流測試展現(xiàn)出卓越的功耗控制能力，船運(yùn)模式僅3μA的超低功耗表現(xiàn)尤為亮眼，各工作模式電流穩(wěn)定在合理范圍，完美平衡了性能與功耗需求，為鋰電池系統(tǒng)提供了高效可靠的低功耗管理解決方案。

4.MOS管開關(guān)時(shí)間測試

01.放電MOS管開關(guān)時(shí)間測試

| 測試方法： BMS正常開機(jī)，使用示波器測試放電MOS管VGS電壓上升時(shí)間和下降時(shí)間。

| 測試結(jié)果：放電管開啟時(shí)間為10ms左右，關(guān)閉時(shí)間為20us左右。

放電管關(guān)閉

放電管開啟

| 測試結(jié)論：VAS610x芯片的MOSFET驅(qū)動(dòng)性能表現(xiàn)出色，實(shí)測放電管開啟時(shí)間10ms、關(guān)閉時(shí)間20μs，展現(xiàn)出優(yōu)異的開關(guān)響應(yīng)特性。其中20μs級的快速關(guān)斷能力為系統(tǒng)提供了可靠的短路保護(hù)響應(yīng)保障，而10ms的平緩開啟時(shí)間則有效抑制了浪涌電流，完美平衡了系統(tǒng)安全性與可靠性需求，充分滿足電動(dòng)工具等高動(dòng)態(tài)負(fù)載應(yīng)用場景的嚴(yán)苛要求。

02.充電MOS管開關(guān)時(shí)間測試

| 測試方法：

BMS正常開機(jī)，使用示波器測試充電MOS管VGS電壓上升時(shí)間和下降時(shí)間。

| 測試結(jié)果：

充電MOS管開啟時(shí)間為10ms左右，關(guān)閉時(shí)間為1ms左右。

充電管關(guān)閉

充電管開啟

| 測試結(jié)論：

VAS610x芯片充電MOS管測試展現(xiàn)出優(yōu)異的開關(guān)特性，10ms的平緩開啟時(shí)間有效抑制充電浪涌電流，1ms的快速關(guān)斷時(shí)間確保充電保護(hù)及時(shí)響應(yīng)。

5.短路測試

| 測試方法：

電池組采用電阻模擬10串方式，每個(gè)電池電壓3.60V，總輸入電壓36V。B+和B-接入大于3萬微法電容提供短路瞬態(tài)大電流。芯片上位機(jī)設(shè)置短路電流50A，正常開機(jī)后短接P+和P-，記錄短路后MOS等器件有無損壞，短路解除后再次開機(jī)電路要能正常工作。

| 測試結(jié)果：

短路保護(hù)觸發(fā)靈敏，短路時(shí)芯片快速關(guān)閉放電MOS管，短路解除后再次開機(jī)電路恢復(fù)正常工作，MOS管等器件沒有損壞現(xiàn)象。

| 測試結(jié)論：

VAS6102在短路測試中展現(xiàn)出卓越的防護(hù)性能，50A大電流短路時(shí)能瞬時(shí)觸發(fā)保護(hù)并快速關(guān)斷MOS管，有效保護(hù)電路安全。測試后所有器件完好無損，驗(yàn)證了其硬件保護(hù)機(jī)制的可靠性，滿足高動(dòng)態(tài)負(fù)載應(yīng)用的嚴(yán)苛安全需求。

測試總結(jié)：

VAS610X系列芯片憑借其卓越的智能化管理和全方位保護(hù)能力，成為鋰電池系統(tǒng)的理想守護(hù)者。這款芯片不僅實(shí)現(xiàn)了無主機(jī)自主運(yùn)行，其創(chuàng)新的多模式設(shè)計(jì)和超低功耗表現(xiàn)，為電動(dòng)工具、儲(chǔ)能系統(tǒng)等應(yīng)用提供了安全可靠的電池系統(tǒng)管理解決方案，完美平衡了性能、功耗與成本需求。04測試儀器本次測試過程中所使用的測試儀器如下：

艾德克斯直流電源

IT6533C是一款高性能，0-120V，6kW，直流大功率電源。該系列電源以其高分辨率、高精度和低噪音的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。IT6533C特別適用于需要穩(wěn)定和精確直流電源的場景，如電子設(shè)備測試、研發(fā)實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)線測試等。

艾德克斯負(fù)載機(jī)

IT8904A是一款高性能直流可編程電子負(fù)載，支持4kW功率和多種工作模式（CC/CV/CR/CW），具備高精度測量、動(dòng)態(tài)測試、OCP/OPP保護(hù)測試及電池放電功能，適用于電源、充電樁等測試場景，并可通過并機(jī)擴(kuò)展功率，提供RS232、USB、LAN等多種通信接口。

儀器助手功率采集器

這是一款儀器助手推出的功率采集器，用于采集直流和交流電壓、電流、功率、PF值、頻率，還有無線通訊功能，可以和電腦進(jìn)行連接，電腦端軟件能幫助工程師實(shí)現(xiàn)各種測試數(shù)據(jù)分析，轉(zhuǎn)換效率、充放電曲線，電流曲線，功率曲線，電壓曲線等功能，是電子工程師的理想測試工具。

普源示波器

普源DS1104Z示波器是一款高性能的數(shù)字存儲(chǔ)示波器，具備100 MHz帶寬、1 GSa/s采樣率和四個(gè)輸入通道，適合進(jìn)行精確的電子信號分析。它擁有高分辨率的顯示屏、多種觸發(fā)模式以及豐富的數(shù)學(xué)運(yùn)算和測量功能。

模擬10串電池板

自制多節(jié)電池模擬測試板，采用電阻分壓的方式，模擬每節(jié)電池的電壓，用于BMS芯片模擬前端電壓輸入，并聯(lián)多個(gè)4700uF電容做短路瞬態(tài)電流輸出，用于BMS短路保護(hù)測試。

05芯片亮點(diǎn)

μV級電流檢測精度：16-bit獨(dú)立ADC實(shí)現(xiàn)±100μV超高精度，支持1mΩ小阻值檢流電阻
高邊驅(qū)動(dòng)集成：內(nèi)置電荷泵的高邊MOS驅(qū)動(dòng)，省去外部電路，簡化PCB布局
雙模式均衡控制：支持主機(jī)控制+自主均衡雙模式，均衡電流50mA
船運(yùn)級低功耗：超低靜態(tài)電流，支持電池長時(shí)間倉儲(chǔ)耗電極少
硬件級保護(hù)響應(yīng)：放電管極速關(guān)斷（短路保護(hù)），充電管安全關(guān)斷（過流保護(hù)）
多場景工作模式：正常模式/待機(jī)模式/獨(dú)立運(yùn)行模式/船運(yùn)模式靈活切換，覆蓋全應(yīng)用場景
高精度溫度保護(hù)：芯片采用智能雙模式溫度保護(hù)系統(tǒng)，通過高精度ADC實(shí)時(shí)監(jiān)控NTC溫度，實(shí)現(xiàn)充放電獨(dú)立保護(hù)。自動(dòng)識(shí)別充放電狀態(tài)并動(dòng)態(tài)調(diào)整保護(hù)閾值（充電/放電可設(shè)不同溫度點(diǎn)）；硬件級快速保護(hù)，超溫1秒內(nèi)直接關(guān)斷MOSFET；智能自恢復(fù)功能，溫度正常后自動(dòng)重啟系統(tǒng)。這種全自動(dòng)的溫度保護(hù)機(jī)制，既確保了安全性，又提升了系統(tǒng)可靠性，特別適合無人值守的儲(chǔ)能和電動(dòng)工具應(yīng)用。
市場應(yīng)用情況：

小編向芯片原廠找了市場批量產(chǎn)品的應(yīng)用案例，以下是市場批量的產(chǎn)品：