電池管理新突破！TI推出業(yè)界領先的無線BMS解決方案 助推新能源汽車效率提升

（電子發(fā)燒友網(wǎng)報道 文/章鷹）經(jīng)過多年持續(xù)發(fā)展，汽車電氣化已取得顯著成果。然而，如何提高電動汽車的續(xù)航能力，依然是當前最主要的技術難題之一，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是未來發(fā)展趨勢，據(jù)Strategy Analytics預測，到2026年將有3600萬輛電動汽車上路行駛，而無線BMS為提高汽車的效率和可靠性提出了更有前景的方法。

2021年1月18日，德州儀器 (TI) 宣布電動汽車(EV)電池管理系統(tǒng)(BMS)領域的一項重大進展，即發(fā)布業(yè)界領先的無線BMS解決方案，該方案是首個經(jīng)獨立評估的功能安全概念。

通過采用具有業(yè)界出色的網(wǎng)絡可用性的無線協(xié)議，TI的無線BMS解決方案展示了如何幫助車輛設計師們減少繁重、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。

TI如何看待2021年智能網(wǎng)聯(lián)汽車領域無線BMS市場發(fā)展趨勢和技術路線？其無線BMS有哪些優(yōu)勢？相比較競爭對手，TI無線BMS的解決方案有何特色？ TI的BMS系統(tǒng)如何解決客戶的產(chǎn)品挑戰(zhàn)，在成本和安全性上有哪些優(yōu)勢？帶著這些問題，電子發(fā)燒友記者采訪了TI全球汽車動力總成系統(tǒng)業(yè)務總經(jīng)理 Karl-Heinz Steinmetz、TI中國區(qū)嵌入式與數(shù)字光處理應用技術總監(jiān)師英和TI系統(tǒng)工程經(jīng)理吳萬邦，他們帶來了精彩的解讀和分析。

圖：TI全球汽車動力總成系統(tǒng)業(yè)務總經(jīng)理 Karl-Heinz Steinmetz

2020年，全球新冠疫情加速了汽車領域電動化和數(shù)字化進程，TI作為國際頂尖的芯片廠商，與眾多汽車廠商合作，如何看待2021年智能網(wǎng)聯(lián)電動汽車BMS的發(fā)展趨勢和技術路線？

Karl-Heinz Steinmetz：無線BMS是符合電源管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，當然這并不意味著所有的BMS系統(tǒng)都會百分之百轉(zhuǎn)到無線的BMS，但很多原始設備制造商已經(jīng)在考慮無線BMS，因為無線BMS的優(yōu)勢非常明顯。有廠商顧慮無線BMS解決方案相較于有線BMS解決方案的安全性和性能。所以，現(xiàn)在很多OEM沒有用到無線BMS。

汽車BMS市場，現(xiàn)在面臨哪些技術挑戰(zhàn)？

師英：汽車BMS市場面臨三大挑戰(zhàn)：首先，基本上在路面上行駛的新能源汽車所有的BMS系統(tǒng)都是有線BMS系統(tǒng)，在有線的BMS系統(tǒng)里，每一節(jié)電池包里面的每個模組，模組里面的每個電池都必須通過一個通信電纜連接到一個調(diào)節(jié)電量，做電池電芯監(jiān)控和平衡的一個監(jiān)控芯片。為了使通信電纜的連接非?？煽?，我們會采用菊花鏈連接，而且線纜需要重型銅線，這樣在電池管理中，造成在電池包里邊形成非常龐雜的電纜布置，會增加重量。

其次，跟客戶交流時，我們發(fā)現(xiàn)對電池包故障率來講，電纜和連接器故障是導致電池包出現(xiàn)故障的主要原因。一旦電纜或者連接器出現(xiàn)問題可能需要更換整個電池包，費用也會很昂貴。

還有，有線電纜占用電池包空間，整個體積比能量更大。當我們用無線方案把電纜替代掉之后，省出來的空間可以放更多電芯，提高整個電池包的體積能量密度。

相比較競爭對手，TI無線BMS的解決方案有何特色？

Karl-Heinz Steinmetz：TI無線BMS在網(wǎng)絡協(xié)議、可靠性和安全性方面表現(xiàn)出色。

首先，通過采用具有業(yè)界出色網(wǎng)絡可用性的先進無線協(xié)議，TI無線BMS解決方案展示了車輛設計師們?nèi)绾蜗敝?、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。在無線BMS中，連接可靠性的關鍵作用是確保2.4 GHz無線網(wǎng)絡的可用性。網(wǎng)絡必須隨時可用，以便能夠?qū)崟r啟動電動汽車并管理電池；因此，我們?nèi)碌膶Ｓ袩o線協(xié)議可以在此類情況下體現(xiàn)可靠性和性能方面的優(yōu)勢。我們的無線協(xié)議可提供高性能，實現(xiàn)高達1.2 Mbps的高數(shù)據(jù)吞吐量，每個節(jié)點的延遲小于2 ms。

其次，憑借我們專有的無線協(xié)議和CC2662R-Q1無線MCU，TI無線BMS解決方案可實現(xiàn)可用性超過99.999% 的安全數(shù)據(jù)通信，并允許在嚴苛的電池外部環(huán)境中使用無線BMS。

還有，考慮到電池系統(tǒng)必須安全可靠，我們的無線協(xié)議提供了包括AES-128（128位加密加速和消息完整性檢查）在內(nèi)的多個安全層。此外，該方案還兼顧可靠性，具有低誤包率(PER)、單跳和低延遲的特性。

客戶何時將其設計發(fā)布到市場上由客戶自己決定，但我們的設計（包括解決方案中采用的所有部件）可以立即通過TI網(wǎng)站獲取。從更大范圍內(nèi)來講，我們正在與全球多家主要的OEM和一級供應商進行積極的合作討論。

師英：TI的無線BMS解決方案，除了具體技術指標，比如無線網(wǎng)絡可用性99.999%，數(shù)據(jù)吞吐率是1.2Mbps，每個節(jié)點的延遲不超過2ms等具體細節(jié)之外，所有的這些細節(jié)之上TI的無線BMS有兩個最大的特點。第一，無線BMS這套網(wǎng)絡協(xié)議是考察了無線BMS面臨的具體應用環(huán)境之后，專門針對無線BMS所打造的一套網(wǎng)絡協(xié)議棧。

第二，這套方案在設計之初，從設計展開的第一天就考慮了ISO 26262 和TüV SüD的設計過程和功能安全目標的考慮。在整個設計環(huán)節(jié)中都是考慮了ISO 26262和TüV SüD的要求來完成這套設計。

TI的無線BMS系統(tǒng)如何解決客戶的產(chǎn)品挑戰(zhàn)，在成本和安全性上有哪些優(yōu)勢？

Karl-Heinz Steinmetz：TI的無線BMS系統(tǒng)方案是獨特的，因為我們先進的無線協(xié)議專為車用無線BMS而設計，并且電池監(jiān)控器和平衡器有助于過濾系統(tǒng)級噪聲，從而準確測量電池電壓和溫度，然后可靠地將這些信息報告給微控制器(MCU)。

無線BMS解決方案的主要優(yōu)勢是功能安全合規(guī)性和電動汽車系統(tǒng)性能。

在功能安全方面，我們擁有經(jīng)過TüV SüD獨立評估且符合ASIL D標準的功能安全概念。協(xié)議設計中包含多種安全機制，體現(xiàn)了我們幫助客戶達到ASIL D標準的愿景。此外，我們在這套系統(tǒng)的設計中充分考慮了功能安全。我們可以向客戶提供一個全面的無線BMS開發(fā)工具包，其中包含SimpleLink?無線BMS開發(fā)套件(CC2662RQ1-EVM-WBMS)，而開發(fā)套件中又包含板載CC2662R-Q1和BQ79616-Q1、軟件（SIMPLELINK-WBMS-SDK）和功能安全驅(qū)動工具（如安全手冊；故障模式和影響分析FMEA；診斷分析FMEDA；TüV SüD概念報告等）。

TI的無線BMS解決方案具有出色的可擴展性，汽車制造商能夠針對不同的配置（如具有16、32和64個電池單元的系統(tǒng)等），使用與多個BQ79616-Q1電池監(jiān)控器相連的單個無線片上系統(tǒng)來設計電池模塊。由于BQ79616-Q1在同一封裝類型中提供不同的通道選項，因此該器件支持引腳對引腳兼容性，并可在任何平臺上完全重復使用既有的軟件和硬件。

我特別要強調(diào)的是，TI的解決方案可提供出色的無線性能，同時保持富有競爭力的價格。

吳萬邦：無線BMS除了技術提升外，另外一點就是成本，很多的客戶已經(jīng)評估過無線的BMS，購買電池監(jiān)控器，天線絞合線，無線IC要比有線的價格有優(yōu)勢。TI的解決方案可以確保我們的方案和有線的價格一樣或者比有線價格更低，這是因為無線的解決方案可以替代所有的導線，導線需要錢，而且電源隔離器也很貴。為什么在很長的時間內(nèi)，美國跟中國的OEM很難選擇無線BMS，是因為價格的問題。

BMS差異化核心競爭優(yōu)勢在于測量電池的精度。TI新一代BMS解決方案在這個點是有哪些新突破？

Karl-Heinz Steinmetz：TI新一代無線BMS解決方案中，用于電壓測量、溫度測量和通信的BQ79616-Q1實現(xiàn)了不超過±2mV的測量精度，在業(yè)界是處在領先的位置。從具體的芯片設計上來講，在全溫度范圍，它的時間漂移都做了精密的測試。

此外，BMS芯片的測量的精度在它被焊接到印刷電路板上之后還會有些微變化。對于焊接之后的誤差的補償，都是BQ79616芯片在設計之初就考慮到的一些因素。此外，BQ79616的集成數(shù)字低通濾波器和高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用最新技術，可優(yōu)化信號測量精度，實現(xiàn)誤差小于2 mV的電池電壓測量。

TI的汽車芯片能否保證供應？會維系對國內(nèi)汽車廠商的供應嗎？

師英：TI 絕大部分的產(chǎn)品，是從14個全球化的工廠里邊制造和生產(chǎn)的。對于汽車的產(chǎn)品，在汽車的新產(chǎn)品開發(fā)到轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)的時候，都會為它設計兩條互相備份的產(chǎn)品線。這些所有的措施都是為了保證汽車電子市場的供應。到今天為止，即使在今天這樣的環(huán)境下，我們的供貨還是要好于平均的市場表現(xiàn)，尤其是對于汽車電子，這個不會是一個問題。

無線BMS產(chǎn)品產(chǎn)能是否充足？未來的產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴有哪些？

師英：TI的無線BMS系統(tǒng)中采用的BQ79616和CC2662這兩個芯片都已經(jīng)量產(chǎn)。在TI.com.cn或者是TI其他的銷售渠道都可以供貨。另一部分，TI的產(chǎn)業(yè)鏈和合作伙伴，在方案發(fā)布以前就已經(jīng)跟很多的主機廠都已經(jīng)在合作開發(fā)，基于無線BMS解決方案的一些平臺和系統(tǒng)，所以，我們有很多的產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴，到時候等到他們的產(chǎn)品做完，大家都可以陸續(xù)看到。

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