無(wú)線BMS的優(yōu)勢(shì)與趨勢(shì)

隨著汽車(chē)電動(dòng)化和智能化的發(fā)展，各部件環(huán)節(jié)開(kāi)始加快從機(jī)械系統(tǒng)向電子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。

以BMS（電池管理系統(tǒng)）領(lǐng)域?yàn)槔?，其主要作用是通過(guò)對(duì)電壓、電流、溫度的測(cè)量來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控電池狀態(tài)信息，分析電池安全性能、優(yōu)化電池能量控制和延長(zhǎng)電池使用壽命等。目前有線BMS架構(gòu)采用基于菊花鏈配置的線束來(lái)連接電池組，整體占用空間大，制造工藝繁瑣，難以滿足電池持續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求，且維修難度高。

隨著人們對(duì)新能源汽車(chē)續(xù)航能力以及電池安全性的重視程度不斷提高，無(wú)線BMS成為了技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的重要方向，取代了電池組和電池管理系統(tǒng)之間的傳統(tǒng)有線連接，逐步從早期的研發(fā)階段開(kāi)始步入產(chǎn)業(yè)化。

分布式BMS

在此背景下，德州儀器 (TI)近日發(fā)布了無(wú)線BMS解決方案：CC2662R無(wú)線MCU、BQ79616-Q1電池監(jiān)控器和平衡器。

展示了如何幫助車(chē)輛設(shè)計(jì)師們減少繁重、昂貴且需要頻繁維護(hù)的布線，并在全球范圍內(nèi)提高電動(dòng)汽車(chē)的可靠性和效率。?

無(wú)線BMS的優(yōu)勢(shì)

如何提高電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航能力，是當(dāng)前最主要的技術(shù)難題之一，而電池管理系統(tǒng)的創(chuàng)新正是突破該難題的核心。無(wú)線BMS為提高汽車(chē)的效率和可靠性提供了可行性的方法，成為了整車(chē)廠和電池提供商關(guān)注的焦點(diǎn)。

無(wú)線BMS技術(shù)采用無(wú)線通訊方案與電池監(jiān)測(cè)器協(xié)同工作，可將電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)從每個(gè)電池單元傳遞到系統(tǒng)中的主控制器。與傳統(tǒng)的BMS傳輸方式相比，無(wú)線通信BMS方式功耗低，可擴(kuò)展性強(qiáng)，減少線纜和連接器，簡(jiǎn)化PACK結(jié)構(gòu)，提升整包能量密度，主從板間無(wú)高壓風(fēng)險(xiǎn)，可以大幅度提高電池管理的可靠性、精度，降低整體成本。

TI中國(guó)區(qū)嵌入式與數(shù)字光處理應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)師英介紹了無(wú)線BMS的優(yōu)勢(shì)，以及TI 新發(fā)布的兩個(gè)核心器件。

更簡(jiǎn)單可靠：無(wú)論是CAN總線還是isoSPI總線，都采用菊花鏈方式將電池監(jiān)控芯片串聯(lián)起來(lái)，一旦某處連接出現(xiàn)問(wèn)題，將給整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，且線束修復(fù)困難。無(wú)線BMS可以減少接插件失效風(fēng)險(xiǎn)，單點(diǎn)的失效對(duì)整體的影響有限，并且對(duì)于在網(wǎng)絡(luò)中新節(jié)點(diǎn)的添加和刪除也比較靈活。

TI的無(wú)線BMS解決方案，已通過(guò)汽車(chē)制造商符合汽車(chē)安全完整性等級(jí)ASIL D認(rèn)證，以及更高水準(zhǔn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)26262認(rèn)證。采用專(zhuān)為無(wú)線BMS使用案例開(kāi)發(fā)的新無(wú)線協(xié)議，解決了通信錯(cuò)誤檢測(cè)和安全問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)可用性超過(guò)99.999%和300ms的網(wǎng)絡(luò)重啟更大可用性。

此外，該無(wú)線MCU可提供高吞吐量和低延遲的專(zhuān)用時(shí)隙以防止數(shù)據(jù)丟失或損壞，同時(shí)使多個(gè)電池單元能夠以±2mV的精度向主MCU發(fā)送電壓和溫度數(shù)據(jù)，且網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率小于10-7。

除了這些網(wǎng)絡(luò)可用性和功能的安全方面之外，在系統(tǒng)信息安全方面設(shè)置了獨(dú)有的密鑰交換和刷新功能，器件之間的互相認(rèn)證以及調(diào)試安全等，這些都是基于AES128位加密處理器的基礎(chǔ)之上，用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

更智能更靈活：無(wú)線連接方案使得電池組位置擺放更加靈活，同時(shí)具備更好的可擴(kuò)展性，可根據(jù)應(yīng)用需求容易地增加溫度、電流等更多的傳感器，能夠具備時(shí)間同步上的優(yōu)勢(shì)。

考慮到汽車(chē)制造商的長(zhǎng)期設(shè)計(jì)需求，TI的無(wú)線BMS技術(shù)具有更高的可擴(kuò)展性。確定性協(xié)議可提供市場(chǎng)上更高的吞吐量，使汽車(chē)制造商能夠在不同的電池配置下(如具有32、48和60個(gè)電池單元的系統(tǒng)等)，將采用單個(gè)無(wú)線片上系統(tǒng)的電池模塊與多個(gè)BQ79616-Q1電池監(jiān)控器相連。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的測(cè)量均可實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。

輕量化及成本降低：目前電池系統(tǒng)成本占據(jù)整車(chē)成本較高，電池管理系統(tǒng)BMS占據(jù)電池組總成本的30%左右。因此，降低BMS成本對(duì)降低電池系統(tǒng)成本很重要。

無(wú)線BMS方案中固有電纜和線束量的減少在節(jié)約成本的同時(shí)也滿足了汽車(chē)輕量化的趨勢(shì)；同時(shí)，無(wú)線方式降低了組裝成本，隨著未來(lái)無(wú)線BMS產(chǎn)品大批量量產(chǎn)，規(guī)模生產(chǎn)化有效降低成本。

降低PACK復(fù)雜度：無(wú)線BMS減去了線束，在降成本和輕量化之外，另一方面也使得module獨(dú)立性更強(qiáng)，在系統(tǒng)集成制造、甚至梯次利用上都更為便利。

TI的CC2662R-Q1無(wú)線MCU獨(dú)立于各個(gè)電池單元監(jiān)控裝置之外，不再需要菊花鏈隔離組件。BQ79616-Q1電池監(jiān)控器和平衡器在同一封裝類(lèi)型中提供不同的通道選項(xiàng)，同時(shí)提供了引腳對(duì)引腳的兼容性，并支持在任何平臺(tái)上完全重復(fù)使用既有的軟件和硬件。?

主機(jī)廠對(duì)于動(dòng)力電池的輕量化、降成本等需求正在變的越來(lái)越敏感，這給了無(wú)線BMS技術(shù)更快商業(yè)化的機(jī)會(huì)。無(wú)線BMS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)正在越來(lái)越凸顯。

趨勢(shì)下的挑戰(zhàn)

回顧無(wú)線BMS的發(fā)展歷程，早在2016年業(yè)界就曾展示了業(yè)界首款搭載無(wú)線BMS的概念車(chē)，通過(guò)電池組監(jiān)視器及無(wú)線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品在車(chē)上進(jìn)行整合，取代了電池組和電池管理系統(tǒng)之間的傳統(tǒng)有線連接。

2017年及以后，行業(yè)廠商陸續(xù)著眼于直接從電芯采集、處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，向PACK層面實(shí)時(shí)傳遞數(shù)據(jù)，以降低PACK的復(fù)雜度，改善測(cè)量精度。玩家不斷入局，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)隨之加劇。

那么相比行業(yè)其他廠商和方案，TI的無(wú)線BMS解決方案存在哪些優(yōu)勢(shì)？

盡管無(wú)線通信已在各類(lèi)應(yīng)用中替代了電纜，但是要考慮的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是無(wú)線鏈路和網(wǎng)絡(luò)的可靠性。師英指出，TI是業(yè)內(nèi)首個(gè)通過(guò)TüV SüD認(rèn)證、實(shí)現(xiàn)ASIL D功能安全系統(tǒng)的先進(jìn)無(wú)線BMS方案，進(jìn)行了設(shè)計(jì)功能安全認(rèn)證的考慮。以此來(lái)贏得客戶更多的信任，以及幫助客戶系統(tǒng)快速通過(guò)認(rèn)證流程。

同時(shí)，TI還充分考察了無(wú)線BMS應(yīng)用環(huán)境，專(zhuān)門(mén)打造了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，可提供超過(guò)99.999%的網(wǎng)絡(luò)可用性，在300ms最大可用性內(nèi)重新啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；此外，專(zhuān)用時(shí)隙可提供高吞吐量和低延遲，進(jìn)一步保護(hù)數(shù)據(jù)免受丟失或損壞，可使多個(gè)電池單元向主MCU發(fā)送±2mV精度的電壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，且網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率小于10-7。

一系列優(yōu)勢(shì)背后，是TI幫助OEM快速建造可靠高效的電動(dòng)汽車(chē)的決心和行動(dòng)所在。

隨著人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航能力以及電池安全性重視程度的不斷提高，無(wú)線BMS技術(shù)迅速發(fā)展，市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。上游芯片原廠對(duì)于電子電控技術(shù)較為了解和熟悉，擁有較為完整的電子電控的專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)體系，提供解決方案以供Tier1廠商或OEM根據(jù)自己的需求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

那么對(duì)于工程師來(lái)講，傳統(tǒng)有線BMS變到無(wú)線方案的過(guò)程中，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要重新學(xué)習(xí)這一套無(wú)線BMS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，這是任何一個(gè)新的設(shè)計(jì)任務(wù)都會(huì)面臨的問(wèn)題。

對(duì)此，TI解決方案提供硬件和相應(yīng)配套軟件去支持客戶和工程師形成系統(tǒng)可用的量產(chǎn)方案，以此幫助客戶快速的走向市場(chǎng)。

結(jié)語(yǔ)

市場(chǎng)調(diào)研公司Strategy Analytics預(yù)測(cè)，到2026年將有3600萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)上路行駛，電動(dòng)汽車(chē)正在成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的未來(lái)。

隨著新能源汽車(chē)保有量的迅速增加以及動(dòng)力電池企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)速度的加快，BMS在保障動(dòng)力電池安全及壽命的核心地位越來(lái)越被認(rèn)可。未來(lái)BMS市場(chǎng)將會(huì)加速爆發(fā)，貫通BMS研發(fā)試驗(yàn)、生產(chǎn)制造、梯次利用和電池?cái)?shù)據(jù)等環(huán)節(jié)的企業(yè)將更有競(jìng)爭(zhēng)力。

無(wú)線BMS技術(shù)憑借諸多優(yōu)勢(shì)，期待給電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)新的變革。

更多精彩內(nèi)容，請(qǐng)點(diǎn)擊與非網(wǎng)《汽車(chē)電子-動(dòng)力系統(tǒng)》專(zhuān)題頁(yè)