L9962 превращает шунт батареи в счётчик заряда и аварийный выключатель

Через внешний шунт батареи течёт весь зарядный и разрядный ток. L9962 снимает с него малый дифференциальный сигнал, превращает его в 16-битное знаковое число, накапливает прошедшие кулоны и при аварии управляет внешними ключами CHG/DCHG. В одном корпусе BMS получает путь от миллиомов меди до команды разомкнуть силовую цепь.

Именно этот путь определяет, насколько честно батарея показывает остаток заряда. Напряжение отдельной Li-ion ячейки сообщает многое, но под нагрузкой оно проседает, после отдыха восстанавливается, а зависимость от температуры и старения меняет форму кривой. Поэтому контроллеру нужен счётчик кулонов: он интегрирует ток во времени и ведёт баланс заряда, который вошёл в аккумулятор и вышел из него.

Десять ячеек и один баланс заряда

L9962 рассчитан на 4–10 последовательно включённых Li-ion или Li-Po ячеек. Он циклически измеряет напряжение каждой ячейки 12-битным АЦП, напряжение всего стека и NTC-термисторы. ST задаёт для канала ячеек максимальную ошибку ±7.5 мВ в диапазоне 1.5–4.5 В при −40…+105 °C. Отдельное измерение полного напряжения позволяет сопоставить его с суммой канальных измерений и заметить неправдоподобное расхождение.

Где заканчиваются паспортные 0.25%

Для тока внутри предусмотрены усилитель измерения тока и полностью дифференциальный sigma-delta АЦП. Производитель заявляет максимальную ошибку 0.25% после однократной калибровки на производстве при −40…+120 °C. Эта цифра относится к микросхеме и процедуре калибровки, а не ко всей батарейной плате. В готовом устройстве её съедают допуск и температурный коэффициент шунта, термо-ЭДС на соединениях, паразитное сопротивление дорожек и разность температур между шунтом и кристаллом. Разводка чувствительных выводов по Кельвину здесь становится частью измерительного тракта.

Из измерения тока — в разрыв силовой цепи

Те же токовые данные обслуживают защиту от сверхтока в обоих направлениях и короткого замыкания при разряде. Два конфигурируемых предусилителя могут управлять внешними MOSFET или реле в верхнем либо нижнем плече, а отдельный выход рассчитан на управление предохранителем. Так измерительная ошибка уже влияет не только на цифру процента заряда: слишком шумный или плохо разведённый шунт способен сдвинуть порог, по которому батарея решает отключиться. Встроенная пассивная балансировка отводит до 70 мА с каждой ячейки; ST допускает одновременное включение всех каналов, однако тепловой режим такой платы определяется напряжением ячеек, площадью меди и температурой корпуса.

У контроллера есть I²C с опциональной CRC, NVM, LDO 3.3 В и официальный пакет STSW-L9962FW с драйвером, интерфейсом I²C/CRC и обвязкой STM32 HAL. Это удобная отправная точка для доступа к регистрам, диагностике, балансировке и счётчику кулонов. Алгоритм оценки SOC и SOH всё равно остаётся задачей разработчика: драйвер способен отдать измерения, но не знает реальную химию, возраст и режим эксплуатации конкретного аккумулятора.

BMS с метрологией внутри

L9962 давно находится в серийном производстве; свежая публикация ST скорее актуализировала его для промышленных батарей, лёгкого электротранспорта и UPS. В этом чипе интересен не сам набор BMS-функций. Он показывает, что между батарейным шунтом и силовым размыканием уже помещается законченный измерительный прибор, которому нужны те же внимание к ошибкам и теплу, что и лабораторному амперметру.