淺談新能源汽車中無(wú)線BMS的優(yōu)勢(shì)

2022年上半年，全球新能源車市場(chǎng)銷量起飛，中國(guó)大陸上半年的新能源車銷量尤為突出，創(chuàng)造了同比增長(zhǎng)100%以上的驚人成績(jī)。當(dāng)新能源車開(kāi)始走進(jìn)千家萬(wàn)戶的時(shí)候，大家對(duì)電池系統(tǒng)的要求也日益高企，既要續(xù)航能力提高，又要保證安全穩(wěn)定。于是，業(yè)界的一項(xiàng)重大創(chuàng)新技術(shù)呼之欲出，那就是wBMS, 即無(wú)線電池管理系統(tǒng)。?

無(wú)線BMS的優(yōu)勢(shì)

BMS成本占新能源汽車動(dòng)力電池的20%左右。傳統(tǒng)BMS通過(guò)線纜聯(lián)通電池組，然后用菊花頭進(jìn)行橋接。線纜和機(jī)械結(jié)構(gòu)接口的使用，導(dǎo)致較大的空間占用和配重增量，其實(shí)也就擠壓了電池能量密度提升的空間。無(wú)線BMS一改傳統(tǒng)的串環(huán)電路，在BMS主機(jī)端和電池組節(jié)點(diǎn)上部署無(wú)線通信模塊，實(shí)現(xiàn)星型+自組網(wǎng)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)電池管理所必要的通信。無(wú)線方式不但提升了能量密度改善空間，還大幅降低了電池組裝階段的人工投入。而且無(wú)線方案也無(wú)需以高成本手段提供高低壓隔離。

在傳統(tǒng)模式下，萬(wàn)一發(fā)生事故或僅僅因?yàn)樾熊嚂r(shí)間過(guò)長(zhǎng)而老化，出現(xiàn)線材斷裂或接口接觸不良，都容易導(dǎo)致動(dòng)力電池系統(tǒng)不工作。在此情況下，動(dòng)力電池需要整體更換。給車主帶來(lái)的潛在經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)大。而無(wú)線方式，不存在線材和接口失效問(wèn)題，而且由于其無(wú)線特性，天然具備模塊化的優(yōu)勢(shì)。即便某部分電池組出了問(wèn)題，把有問(wèn)題的電池組抽出來(lái)更換掉就可以，不需要置換整塊動(dòng)力電池。

由于以上優(yōu)勢(shì)，優(yōu)勢(shì)車企開(kāi)始從2019年嘗試無(wú)線BMS技術(shù)。已采用無(wú)線BMS技術(shù)的上市或即將上市的車型有：寶馬 i3 (2022年)，通用汽車的悍馬EV (2024年)。

TI賦能無(wú)線BMS

深耕汽車電子領(lǐng)域的德州儀器(Texas Instrument) 率先推出了全球首款符合ISO 26262 ASIL D 認(rèn)證的wBMS SoC方案CC2662R-Q1。該芯片在2.4GHz頻段上部署了TI自主開(kāi)發(fā)的Simplelink wBMS 協(xié)議。這個(gè)方案可以管理支持多達(dá)100個(gè)節(jié)點(diǎn)，與其配合的BQ79616-Q1電池監(jiān)控器可用于不同配置，如16、32、64節(jié)電池系統(tǒng)。

電池模塊將電池信息直接傳送達(dá) BMS MCU 的無(wú)線方案克服了有線通信面臨的挑戰(zhàn)。無(wú)線BMS方案要達(dá)到有線方案的性能，需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是BMS專用網(wǎng)絡(luò)的可用性。TI 的解決方案以2.4-GHz 頻段搭建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)必須隨時(shí)可用，即電動(dòng)汽車一旦啟動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)即須搭通并能即時(shí)用于電池管理。TI 專有無(wú)線協(xié)議Simplelink WBMS正是為確保網(wǎng)絡(luò)即時(shí)可用和隨時(shí)可靠而定義開(kāi)發(fā)的。這樣便可保證任意時(shí)間車輛一鍵啟動(dòng)時(shí)，電池和BMS各部分即刻聯(lián)通為網(wǎng)絡(luò)，即刻進(jìn)入工作狀態(tài)。

動(dòng)力電池的使用場(chǎng)景要求無(wú)線BMS具有超強(qiáng)的可用性?？捎眯缘慕缍ㄊ且匀我鈺r(shí)間內(nèi)從其無(wú)線連接設(shè)備和無(wú)線主節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)的可行度來(lái)衡量。換言之，這一可用性指標(biāo)是指無(wú)線 BMS 網(wǎng)絡(luò)實(shí)施數(shù)據(jù)采集或電池健康監(jiān)控的時(shí)間相較于系統(tǒng)上電的總時(shí)間所占的平均百分比。TI的wBMS架構(gòu)可以將BMS通信系統(tǒng)可用性提高到99.9999%。即對(duì)于 10 個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，TI 無(wú)線 BMS 協(xié)議可以實(shí)現(xiàn) 10-7 或更高的數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率。這意味著在 52.222 小時(shí)的無(wú)線 BMS運(yùn)維中，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)僅在其中100 毫秒是不可用的。協(xié)議還保證無(wú)線BMS能在極具挑戰(zhàn)性的封裝環(huán)境下正常工作。這類封裝空間通常很狹窄，信號(hào)傳輸中經(jīng)過(guò)金屬板反彈會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重的衰減和反射。

而無(wú)線BMS技術(shù)由于可以大幅度提高電芯管理的可靠性、精度，提高PACK裝配的效率，降低PACK的技術(shù)復(fù)雜性、整體成本，以及未來(lái)更好的智能管理方案。因此未來(lái)極具商業(yè)前景。具體而言體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：

01更可靠更簡(jiǎn)單

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，整個(gè)系統(tǒng)都有癱瘓風(fēng)險(xiǎn)，且線束修復(fù)困難。而無(wú)線通訊BMS可以減少接插件失效風(fēng)險(xiǎn)：?jiǎn)吸c(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。

02更智能

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，在惡劣環(huán)境中更是具備時(shí)間同步上的優(yōu)勢(shì)。

03輕量化及成本降低

無(wú)線方案根據(jù)不同的車型使得每輛車能節(jié)省10m以上的導(dǎo)線以及0.5kg的連接器。因此，每生產(chǎn)50000輛車，將節(jié)省500km的導(dǎo)線以及25000kg的連接器。在節(jié)約成本的同時(shí)也滿足汽車輕量化趨勢(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方案大批量量產(chǎn)將來(lái)的硅片有望比導(dǎo)線和連接器更便宜，總BMS成本將會(huì)更低。

04降低PACK復(fù)雜度

采用無(wú)線后一方面減少了低壓線束除了降成本和輕量化，另一方面也使得module獨(dú)立性更強(qiáng)，制造、甚至梯次利用上都更為便利。

編輯：黃飛

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