無線BMS的優(yōu)勢與趨勢

隨著汽車電動化和智能化的發(fā)展，各部件環(huán)節(jié)開始加快從機械系統(tǒng)向電子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。

以BMS（電池管理系統(tǒng)）領(lǐng)域為例，其主要作用是通過對電壓、電流、溫度的測量來實時監(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)實時監(jiān)測的需求，且維修難度高。

隨著人們對新能源汽車續(xù)航能力以及電池安全性的重視程度不斷提高，無線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)布了無線BMS解決方案：CC2662R無線MCU、BQ79616-Q1電池監(jiān)控器和平衡器。

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

無線BMS的優(yōu)勢

如何提高電動汽車的續(xù)航能力，是當前最主要的技術(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。無線BMS為提高汽車的效率和可靠性提供了可行性的方法，成為了整車廠和電池提供商關(guān)注的焦點。

無線BMS技術(shù)采用無線通訊方案與電池監(jiān)測器協(xié)同工作，可將電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)從每個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，無線通信BMS方式功耗低，可擴展性強，減少線纜和連接器，簡化PACK結(jié)構(gòu)，提升整包能量密度，主從板間無高壓風險，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)師英介紹了無線BMS的優(yōu)勢，以及TI 新發(fā)布的兩個核心器件。

更簡單可靠：無論是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，一旦某處連接出現(xiàn)問題，將給整個系統(tǒng)帶來風險，且線束修復困難。無線BMS可以減少接插件失效風險，單點的失效對整體的影響有限，并且對于在網(wǎng)絡(luò)中新節(jié)點的添加和刪除也比較靈活。

TI的無線BMS解決方案，已通過汽車制造商符合汽車安全完整性等級ASIL D認證，以及更高水準的國際標準化組織(ISO)26262認證。采用專為無線BMS使用案例開發(fā)的新無線協(xié)議，解決了通信錯誤檢測和安全問題，網(wǎng)絡(luò)可用性超過99.999%和300ms的網(wǎng)絡(luò)重啟更大可用性。

此外，該無線MCU可提供高吞吐量和低延遲的專用時隙以防止數(shù)據(jù)丟失或損壞，同時使多個電池單元能夠以±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)置了獨有的密鑰交換和刷新功能，器件之間的互相認證以及調(diào)試安全等，這些都是基于AES128位加密處理器的基礎(chǔ)之上，用軟件來實現(xiàn)。

更智能更靈活：無線連接方案使得電池組位置擺放更加靈活，同時具備更好的可擴展性，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，能夠具備時間同步上的優(yōu)勢。

考慮到汽車制造商的長期設(shè)計需求，TI的無線BMS技術(shù)具有更高的可擴展性。確定性協(xié)議可提供市場上更高的吞吐量，使汽車制造商能夠在不同的電池配置下(如具有32、48和60個電池單元的系統(tǒng)等)，將采用單個無線片上系統(tǒng)的電池模塊與多個BQ79616-Q1電池監(jiān)控器相連。每個節(jié)點的測量均可實現(xiàn)時間同步。

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成本對降低電池系統(tǒng)成本很重要。

無線BMS方案中固有電纜和線束量的減少在節(jié)約成本的同時也滿足了汽車輕量化的趨勢；同時，無線方式降低了組裝成本，隨著未來無線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復雜度：無線BMS減去了線束，在降成本和輕量化之外，另一方面也使得module獨立性更強，在系統(tǒng)集成制造、甚至梯次利用上都更為便利。

TI的CC2662R-Q1無線MCU獨立于各個電池單元監(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型中提供不同的通道選項，同時提供了引腳對引腳的兼容性，并支持在任何平臺上完全重復使用既有的軟件和硬件。?

主機廠對于動力電池的輕量化、降成本等需求正在變的越來越敏感，這給了無線BMS技術(shù)更快商業(yè)化的機會。無線BMS技術(shù)的優(yōu)勢正在越來越凸顯。

趨勢下的挑戰(zhàn)

回顧無線BMS的發(fā)展歷程，早在2016年業(yè)界就曾展示了業(yè)界首款搭載無線BMS的概念車，通過電池組監(jiān)視器及無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品在車上進行整合，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、處理和存儲數(shù)據(jù)，向PACK層面實時傳遞數(shù)據(jù)，以降低PACK的復雜度，改善測量精度。玩家不斷入局，行業(yè)競爭隨之加劇。

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

盡管無線通信已在各類應(yīng)用中替代了電纜，但是要考慮的一個關(guān)鍵點是無線鏈路和網(wǎng)絡(luò)的可靠性。師英指出，TI是業(yè)內(nèi)首個通過TüV SüD認證、實現(xiàn)ASIL D功能安全系統(tǒng)的先進無線BMS方案，進行了設(shè)計功能安全認證的考慮。以此來贏得客戶更多的信任，以及幫助客戶系統(tǒng)快速通過認證流程。

同時，TI還充分考察了無線BMS應(yīng)用環(huán)境，專門打造了無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，可提供超過99.999%的網(wǎng)絡(luò)可用性，在300ms最大可用性內(nèi)重新啟動網(wǎng)絡(luò)；此外，專用時隙可提供高吞吐量和低延遲，進一步保護數(shù)據(jù)免受丟失或損壞，可使多個電池單元向主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)包錯誤率小于10-7。

一系列優(yōu)勢背后，是TI幫助OEM快速建造可靠高效的電動汽車的決心和行動所在。

隨著人們對電動汽車續(xù)航能力以及電池安全性重視程度的不斷提高，無線BMS技術(shù)迅速發(fā)展，市場規(guī)模不斷擴大。上游芯片原廠對于電子電控技術(shù)較為了解和熟悉，擁有較為完整的電子電控的專業(yè)開發(fā)體系，提供解決方案以供Tier1廠商或OEM根據(jù)自己的需求來進行設(shè)計。

那么對于工程師來講，傳統(tǒng)有線BMS變到無線方案的過程中，在進行系統(tǒng)設(shè)計時需要重新學習這一套無線BMS系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)，這是任何一個新的設(shè)計任務(wù)都會面臨的問題。

對此，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。

結(jié)語

市場調(diào)研公司Strategy Analytics預(yù)測，到2026年將有3600萬輛電動汽車上路行駛，電動汽車正在成為汽車產(chǎn)業(yè)的未來。

隨著新能源汽車保有量的迅速增加以及動力電池企業(yè)擴產(chǎn)速度的加快，BMS在保障動力電池安全及壽命的核心地位越來越被認可。未來BMS市場將會加速爆發(fā)，貫通BMS研發(fā)試驗、生產(chǎn)制造、梯次利用和電池數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)的企業(yè)將更有競爭力。

無線BMS技術(shù)憑借諸多優(yōu)勢，期待給電動汽車行業(yè)帶來新的變革。

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