STMicroelectronics L99BM114多節(jié)電池監(jiān)控和平衡IC是一款鋰離子電池監(jiān)控和保護(hù)芯片，適用于高可靠性工業(yè)應(yīng)用和儲(chǔ)能系統(tǒng)。 最多可監(jiān)控14節(jié)堆疊電池，可滿足48V和更高電壓系統(tǒng)的要求。可精密測(cè)量每節(jié)電池的電壓以及片上庫(kù)侖計(jì)數(shù)的電流。該器件最多可監(jiān)控七個(gè)NTC，信息通過(guò)SPI通信或隔離式接口傳輸。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：STMicroelectronics L99BM114多節(jié)電池監(jiān)控和平衡IC數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

最多可將31個(gè)L99BM114以菊花鏈形式連接，并通過(guò)變壓器或電容隔離接口與一個(gè)主機(jī)處理器通信，具有高速、低EMI和可靠的長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。在標(biāo)準(zhǔn)和低功耗模式下均提供帶有可編程通道選擇的無(wú)源平衡（無(wú)聲平衡）。

可以根據(jù)內(nèi)部定時(shí)器中斷自動(dòng)終止平衡。集成9個(gè)GPIO，用于外部監(jiān)控和控制，其中多達(dá)7個(gè)可配置為通過(guò)NTC監(jiān)控電池組溫度。STMicroelectronics L99BM114具有一套全面的故障檢測(cè)和通知功能，可滿足系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)要求。

特性

• 4至14節(jié)串聯(lián)電池監(jiān)控和平衡
• 工作電壓：64V
• 支持母線連接，無(wú)需改變電池結(jié)果
• 每通道獨(dú)立16位電壓ADC，精度小于2mV
• 18位ADC電流測(cè)量，帶庫(kù)侖計(jì)數(shù)器
• 完全同步的電流和電壓樣件
• 智能診斷程序通過(guò)SPI全局狀態(tài)字（GSW）和專用故障線路提供自動(dòng)故障驗(yàn)證和冗余故障通知
• 9個(gè)GPIO，多達(dá)7個(gè)模擬輸入可用于NTC檢測(cè)
• 高達(dá)200mA的內(nèi)部無(wú)源平衡，可驅(qū)動(dòng)外部平衡晶體管
• 2.66Mbps隔離式串行通信或高達(dá)5MHz的SPI
• 2個(gè)5V穩(wěn)壓器，支持外部負(fù)載連接，具有25mA（VCOM）和50mA（VTREF）電流能力
• 嵌入式NVM，用于客戶參數(shù)存儲(chǔ)
• 系統(tǒng)安全就緒
• 64引腳TQFP封裝
• 工作和測(cè)試溫度范圍：-40°C至+105°C

典型應(yīng)用

框圖

器件在VBAT電源電壓范圍內(nèi)工作

L99BM114多節(jié)電池監(jiān)控與平衡IC技術(shù)解析

一、產(chǎn)品概述

STMicroelectronics的L99BM114是一款專為高可靠性工業(yè)應(yīng)用和儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的鋰離子電池監(jiān)控與保護(hù)芯片，支持4-14節(jié)串聯(lián)電池組的精確管理。該芯片采用64引腳TQFP封裝(10x10mm)，具備以下核心特性：

• ?高精度監(jiān)測(cè)?：每通道獨(dú)立16位電壓ADC(精度<2mV)和18位電流ADC
• ?靈活通信?：2.66Mbps隔離串行通信或5MHz SPI接口
• ?智能平衡?：內(nèi)部被動(dòng)平衡(200mA)或外部MOSFET驅(qū)動(dòng)能力
• ?全面診斷?：自動(dòng)故障驗(yàn)證機(jī)制，通過(guò)SPI狀態(tài)字和專用FAULT線雙重報(bào)警
• ?系統(tǒng)安全?：符合工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)置NVM存儲(chǔ)用戶參數(shù)

二、關(guān)鍵特性詳解

1. 電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

L99BM114采用并行采樣架構(gòu)，所有電池單元同步測(cè)量，消除采樣時(shí)序誤差。主要特點(diǎn)包括：

• 0.1-5V單體電壓測(cè)量范圍
• 89μV分辨率(16位ADC)
• 可選8種采樣窗口(290μs-148.48ms)
• 支持總線連接而不影響測(cè)量結(jié)果

電壓測(cè)量誤差在-40°C至125°C范圍內(nèi)保證：

• 3.2-4.3V區(qū)間：±1mV
• 4.3-4.7V區(qū)間：±1.4mV
• 4.7-5V區(qū)間：±2.6mV

2. 電流測(cè)量與庫(kù)侖計(jì)數(shù)

內(nèi)置18位差分ADC實(shí)現(xiàn)高精度電流檢測(cè)：

• ±1500A測(cè)量范圍(典型0.1mΩ分流電阻)
• 13.33mA分辨率
• 同步電壓/電流采樣功能
• 庫(kù)侖計(jì)數(shù)器支持SOC/SOH計(jì)算

電流測(cè)量精度：

• ±150mV范圍：±0.5%
• ±60mV范圍：±0.3%

3. 電池平衡技術(shù)

提供兩種平衡方案：

?內(nèi)部MOSFET平衡?：

• 集成MOSFET驅(qū)動(dòng)器
• 每通道最大200mA平衡電流
• 自動(dòng)熱保護(hù)機(jī)制

?外部MOSFET平衡?：

• 支持NMOS/PMOS混合拓?fù)?/li>
• 靈活的外部驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
• 奇偶單元獨(dú)立控制架構(gòu)

平衡模式選擇：

• 手動(dòng)模式：直接控制各通道開(kāi)關(guān)狀態(tài)
• 定時(shí)模式：可編程平衡時(shí)長(zhǎng)(4秒-18小時(shí))
• 支持低功耗靜默平衡(Silent Balancing)

4. 通信接口

雙通信端口設(shè)計(jì)：

• ?SPI接口?：5MHz，40位幀格式(6位CRC)
• ?隔離串行接口?：2.66Mbps(高速)/333kbps(低速)
• 支持31個(gè)器件菊花鏈連接
• 雙環(huán)訪問(wèn)拓?fù)湓鰪?qiáng)可靠性

三、安全診斷功能

1. 電壓異常檢測(cè)

• 單體電池OV/UV監(jiān)測(cè)(可編程閾值)
• 整組電池OV/UV監(jiān)測(cè)(70V/10V默認(rèn)閾值)
• 三級(jí)保護(hù)機(jī)制：
  • 數(shù)字比較(基于ADC)
  • 模擬比較器(快速響應(yīng))
  • 獨(dú)立硬件監(jiān)控

2. 故障診斷系統(tǒng)

• ?開(kāi)路檢測(cè)?：RLPF電阻監(jiān)測(cè)(4kΩ閾值)
• ?短路檢測(cè)?：平衡MOSFET過(guò)流保護(hù)(250mA)
• ?溫度監(jiān)測(cè)?：7路NTC接口(GPIO3-9)
• ?接地丟失?：AGND/DGND/CGND監(jiān)測(cè)
• ?通信完整性?：CRC校驗(yàn)+滾動(dòng)計(jì)數(shù)器

3. 硬件自檢(HWSC)

周期性執(zhí)行：

• ADC通道交叉驗(yàn)證
• 基準(zhǔn)電壓比對(duì)
• 比較器功能測(cè)試
• 平衡驅(qū)動(dòng)器診斷

四、典型應(yīng)用

1. 48V/高壓電池包

• 電動(dòng)車電池管理系統(tǒng)
• 工業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)
• 數(shù)據(jù)中心UPS

2. 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 濾波電路：RLPF=3kΩ + CLPF=10nF(推薦)
• 平衡電阻：RDIS根據(jù)熱設(shè)計(jì)選擇
• 隔離通信：120Ω終端匹配電阻
• 布局建議：
  • 電壓檢測(cè)走線優(yōu)先層
  • 第二層完整地平面屏蔽
  • 平衡驅(qū)動(dòng)線盡量靠近電池連接器

五、寄存器配置指南

關(guān)鍵寄存器組：

1. ? DEV_GEN_CFG(0x1) ?：設(shè)備ID、通信配置
2. ? Bal_x(0x2-0xA) ?：平衡控制與定時(shí)設(shè)置
3. ? ADCV_CONV(0xD) ?：電壓轉(zhuǎn)換控制
   • ADC濾波窗口選擇
   • 周期/單次轉(zhuǎn)換模式
   • 診斷功能使能

配置示例(定時(shí)平衡)：

1. 設(shè)置Balmode=10(定時(shí)模式)
2. 編程ThrTimedBalCellxx(各單元平衡時(shí)間)
3. 啟用slp_bal_conf=1(支持低功耗平衡)
4. 啟動(dòng)平衡(bal_start=1)

六、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1. ?熱管理?：同時(shí)平衡多單元時(shí)需監(jiān)控結(jié)溫
2. ?同步采樣?：建議使用最短濾波窗口(TCYCLEADC_000)實(shí)現(xiàn)電壓/電流同步
3. ?NTC配置?：每通道限流500μA(VTREF驅(qū)動(dòng))
4. ?故障處理?：建議10ms周期監(jiān)測(cè)GSW狀態(tài)字
5. ?EMC設(shè)計(jì)?：
   • 隔離通信使用雙絞線
   • 關(guān)鍵信號(hào)線屏蔽處理
   • 電源去耦電容就近放置

L99BM114通過(guò)其高集成度和豐富的安全特性，為高壓電池系統(tǒng)提供了可靠的監(jiān)控解決方案，特別適合需要高安全標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。