STMicroelectronics L99BM114多節電池監控和平衡IC是一款鋰離子電池監控和保護芯片，適用于高可靠性工業應用和儲能系統。 最多可監控14節堆疊電池，可滿足48V和更高電壓系統的要求。可精密測量每節電池的電壓以及片上庫侖計數的電流。該器件最多可監控七個NTC，信息通過SPI通信或隔離式接口傳輸。

數據手冊：*附件：STMicroelectronics L99BM114多節電池監控和平衡IC數據手冊.pdf

最多可將31個L99BM114以菊花鏈形式連接，并通過變壓器或電容隔離接口與一個主機處理器通信，具有高速、低EMI和可靠的長距離數據傳輸等特點。在標準和低功耗模式下均提供帶有可編程通道選擇的無源平衡（無聲平衡）。

可以根據內部定時器中斷自動終止平衡。集成9個GPIO，用于外部監控和控制，其中多達7個可配置為通過NTC監控電池組溫度。STMicroelectronics L99BM114具有一套全面的故障檢測和通知功能，可滿足系統安全標準要求。

特性

• 4至14節串聯電池監控和平衡
• 工作電壓：64V
• 支持母線連接，無需改變電池結果
• 每通道獨立16位電壓ADC，精度小于2mV
• 18位ADC電流測量，帶庫侖計數器
• 完全同步的電流和電壓樣件
• 智能診斷程序通過SPI全局狀態字（GSW）和專用故障線路提供自動故障驗證和冗余故障通知
• 9個GPIO，多達7個模擬輸入可用于NTC檢測
• 高達200mA的內部無源平衡，可驅動外部平衡晶體管
• 2.66Mbps隔離式串行通信或高達5MHz的SPI
• 2個5V穩壓器，支持外部負載連接，具有25mA（VCOM）和50mA（VTREF）電流能力
• 嵌入式NVM，用于客戶參數存儲
• 系統安全就緒
• 64引腳TQFP封裝
• 工作和測試溫度范圍：-40°C至+105°C

典型應用

框圖

器件在VBAT電源電壓范圍內工作

L99BM114多節電池監控與平衡IC技術解析

一、產品概述

STMicroelectronics的L99BM114是一款專為高可靠性工業應用和儲能系統設計的鋰離子電池監控與保護芯片，支持4-14節串聯電池組的精確管理。該芯片采用64引腳TQFP封裝(10x10mm)，具備以下核心特性：

• ?高精度監測?：每通道獨立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?：內部被動平衡(200mA)或外部MOSFET驅動能力
• ?全面診斷?：自動故障驗證機制，通過SPI狀態字和專用FAULT線雙重報警
• ?系統安全?：符合工業安全標準，內置NVM存儲用戶參數

二、關鍵特性詳解

1. 電壓監測系統

L99BM114采用并行采樣架構，所有電池單元同步測量，消除采樣時序誤差。主要特點包括：

• 0.1-5V單體電壓測量范圍
• 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量結果

電壓測量誤差在-40°C至125°C范圍內保證：

• 3.2-4.3V區間：±1mV
• 4.3-4.7V區間：±1.4mV
• 4.7-5V區間：±2.6mV

2. 電流測量與庫侖計數

內置18位差分ADC實現高精度電流檢測：

• ±1500A測量范圍(典型0.1mΩ分流電阻)
• 13.33mA分辨率
• 同步電壓/電流采樣功能
• 庫侖計數器支持SOC/SOH計算

電流測量精度：

• ±150mV范圍：±0.5%
• ±60mV范圍：±0.3%

3. 電池平衡技術

提供兩種平衡方案：

?內部MOSFET平衡?：

• 集成MOSFET驅動器
• 每通道最大200mA平衡電流
• 自動熱保護機制

?外部MOSFET平衡?：

• 支持NMOS/PMOS混合拓撲
• 靈活的外部驅動電路設計
• 奇偶單元獨立控制架構

平衡模式選擇：

• 手動模式：直接控制各通道開關狀態
• 定時模式：可編程平衡時長(4秒-18小時)
• 支持低功耗靜默平衡(Silent Balancing)

4. 通信接口

雙通信端口設計：

• ?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個器件菊花鏈連接
• 雙環訪問拓撲增強可靠性

三、安全診斷功能

1. 電壓異常檢測

• 單體電池OV/UV監測(可編程閾值)
• 整組電池OV/UV監測(70V/10V默認閾值)
• 三級保護機制：
  • 數字比較(基于ADC)
  • 模擬比較器(快速響應)
  • 獨立硬件監控

2. 故障診斷系統

• ?開路檢測?：RLPF電阻監測(4kΩ閾值)
• ?短路檢測?：平衡MOSFET過流保護(250mA)
• ?溫度監測?：7路NTC接口(GPIO3-9)
• ?接地丟失?：AGND/DGND/CGND監測
• ?通信完整性?：CRC校驗+滾動計數器

3. 硬件自檢(HWSC)

周期性執行：

• ADC通道交叉驗證
• 基準電壓比對
• 比較器功能測試
• 平衡驅動器診斷

四、典型應用

1. 48V/高壓電池包

• 電動車電池管理系統
• 工業儲能系統
• 數據中心UPS

2. 應用電路設計要點

• 濾波電路：RLPF=3kΩ + CLPF=10nF(推薦)
• 平衡電阻：RDIS根據熱設計選擇
• 隔離通信：120Ω終端匹配電阻
• 布局建議：
  • 電壓檢測走線優先層
  • 第二層完整地平面屏蔽
  • 平衡驅動線盡量靠近電池連接器

五、寄存器配置指南

關鍵寄存器組：

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

配置示例(定時平衡)：

1. 設置Balmode=10(定時模式)
2. 編程ThrTimedBalCellxx(各單元平衡時間)
3. 啟用slp_bal_conf=1(支持低功耗平衡)
4. 啟動平衡(bal_start=1)

六、設計注意事項

1. ?熱管理?：同時平衡多單元時需監控結溫
2. ?同步采樣?：建議使用最短濾波窗口(TCYCLEADC_000)實現電壓/電流同步
3. ?NTC配置?：每通道限流500μA(VTREF驅動)
4. ?故障處理?：建議10ms周期監測GSW狀態字
5. ?EMC設計?：
   • 隔離通信使用雙絞線
   • 關鍵信號線屏蔽處理
   • 電源去耦電容就近放置

L99BM114通過其高集成度和豐富的安全特性，為高壓電池系統提供了可靠的監控解決方案，特別適合需要高安全標準的工業應用場景。