无线BMS的优势与趋势

随着汽车电动化和智能化的发展，各部件环节开始加快从机械系统向电子系统的转换。以BMS（电池管理系统）领域为例，其主要作用是通过对电压、电流、温度的测量来实时监控电池状态信息，分析电池安全性能、优化电池能量控制和延长电池使用寿命等。目前有线BMS架构采用基于菊花链配置的线束来连接电池组，整体占用空间大，制造工艺繁琐，难以满足电池持续实时监测的需求，且维修难度高。随着人们对新能源汽车续航能力以及电池安全性的重视程度不断提高，无线BMS成为了技术研发和应用的重要方向，取代了电池组和电池管理系统之间的传统有线连接，逐步从早期的研发阶段开始步入产业化。

在此背景下，德州仪器 (TI)近日发布了无线BMS解决方案：CC2662R无线MCU、BQ79616-Q1电池监控器和平衡器。展示了如何帮助车辆设计师们减少繁重、昂贵且需要频繁维护的布线，并在全球范围内提高电动汽车的可靠性和效率。无线BMS的优势如何提高电动汽车的续航能力，是当前最主要的技术难题之一，而电池管理系统的创新正是突破该难题的核心。无线BMS为提高汽车的效率和可靠性提供了可行性的方法，成为了整车厂和电池提供商关注的焦点。无线BMS技术采用无线通讯方案与电池监测器协同工作，可将电压、电流和温度数据从每个电池单元传递到系统中的主控制器。与传统的BMS传输方式相比，无线通信BMS方式功耗低，可扩展性强，减少线缆和连接器，简化PACK结构，提升整包能量密度，主从板间无高压风险，可以大幅度提高电池管理的可靠性、精度，降低整体成本。TI中国区嵌入式与数字光处理应用技术总监师英介绍了无线BMS的优势，以及TI 新发布的两个核心器件。

更简单可靠：无论是CAN总线还是isoSPI总线，都采用菊花链方式将电池监控芯片串联起来，一旦某处连接出现问题，将给整个系统带来风险，且线束修复困难。无线BMS可以减少接插件失效风险，单点的失效对整体的影响有限，并且对于在网络中新节点的添加和删除也比较灵活。TI的无线BMS解决方案，已通过汽车制造商符合汽车安全完整性等级ASIL D认证，以及更高水准的国际标准化组织(ISO)26262认证。采用专为无线BMS使用案例开发的新无线协议，解决了通信错误检测和安全问题，网络可用性超过99.999%和300ms的网络重启更大可用性。

此外，该无线MCU可提供高吞吐量和低延迟的专用时隙以防止数据丢失或损坏，同时使多个电池单元能够以±2mV的精度向主MCU发送电压和温度数据，且网络数据包错误率小于10-7。除了这些网络可用性和功能的安全方面之外，在系统信息安全方面设置了独有的密钥交换和刷新功能，器件之间的互相认证以及调试安全等，这些都是基于AES128位加密处理器的基础之上，用软件来实现。

更智能更灵活：无线连接方案使得电池组位置摆放更加灵活，同时具备更好的可扩展性，可根据应用需求容易地增加温度、电流等更多的传感器，能够具备时间同步上的优势。考虑到汽车制造商的长期设计需求，TI的无线BMS技术具有更高的可扩展性。确定性协议可提供市场上更高的吞吐量，使汽车制造商能够在不同的电池配置下(如具有32、48和60个电池单元的系统等)，将采用单个无线片上系统的电池模块与多个BQ79616-Q1电池监控器相连。每个节点的测量均可实现时间同步。轻量化及成本降低：目前电池系统成本占据整车成本较高，电池管理系统BMS占据电池组总成本的30%左右。

因此，降低BMS成本对降低电池系统成本很重要。无线BMS方案中固有电缆和线束量的减少在节约成本的同时也满足了汽车轻量化的趋势；同时，无线方式降低了组装成本，随着未来无线BMS产品大批量量产，规模生产化有效降低成本。降低PACK复杂度：无线BMS减去了线束，在降成本和轻量化之外，另一方面也使得module独立性更强，在系统集成制造、甚至梯次利用上都更为便利。TI的CC2662R-Q1无线MCU独立于各个电池单元监控装置之外，不再需要菊花链隔离组件。BQ79616-Q1电池监控器和平衡器在同一封装类型中提供不同的通道选项，同时提供了引脚对引脚的兼容性，并支持在任何平台上完全重复使用既有的软件和硬件。主机厂对于动力电池的轻量化、降成本等需求正在变的越来越敏感，这给了无线BMS技术更快商业化的机会。

无线BMS技术的优势正在越来越凸显。趋势下的挑战回顾无线BMS的发展历程，早在2016年业界就曾展示了业界首款搭载无线BMS的概念车，通过电池组监视器及无线网格网络产品在车上进行整合，取代了电池组和电池管理系统之间的传统有线连接。2017年及以后，行业厂商陆续着眼于直接从电芯采集、处理和存储数据，向PACK层面实时传递数据，以降低PACK的复杂度，改善测量精度。玩家不断入局，行业竞争随之加剧。那么相比行业其他厂商和方案，TI的无线BMS解决方案存在哪些优势？尽管无线通信已在各类应用中替代了电缆，但是要考虑的一个关键点是无线链路和网络的可靠性。

师英指出，TI是业内首个通过TÜV SÜD认证、实现ASIL D功能安全系统的先进无线BMS方案，进行了设计功能安全认证的考虑。以此来赢得客户更多的信任，以及帮助客户系统快速通过认证流程。同时，TI还充分考察了无线BMS应用环境，专门打造了无线网络协议栈，可提供超过99.999%的网络可用性，在300ms最大可用性内重新启动网络；此外，专用时隙可提供高吞吐量和低延迟，进一步保护数据免受丢失或损坏，可使多个电池单元向主MCU发送±2mV精度的电压数据和温度数据，且网络数据包错误率小于10-7。

一系列优势背后，是TI帮助OEM快速建造可靠高效的电动汽车的决心和行动所在。随着人们对电动汽车续航能力以及电池安全性重视程度的不断提高，无线BMS技术迅速发展，市场规模不断扩大。上游芯片原厂对于电子电控技术较为了解和熟悉，拥有较为完整的电子电控的专业开发体系，提供解决方案以供Tier1厂商或OEM根据自己的需求来进行设计。那么对于工程师来讲，传统有线BMS变到无线方案的过程中，在进行系统设计时需要重新学习这一套无线BMS系统的设计和开发，这是任何一个新的设计任务都会面临的问题。

对此，TI解决方案提供硬件和相应配套软件去支持客户和工程师形成系统可用的量产方案，以此帮助客户快速的走向市场。写在最后市场调研公司Strategy Analytics预测，到2026年将有3600万辆电动汽车上路行驶，电动汽车正在成为汽车产业的未来。随着新能源汽车保有量的迅速增加以及动力电池企业扩产速度的加快，BMS在保障动力电池安全及寿命的核心地位越来越被认可。未来BMS市场将会加速爆发，贯通BMS研发试验、生产制造、梯次利用和电池数据等环节的企业将更有竞争力。无线BMS技术凭借诸多优势，期待给电动汽车行业带来新的变革。

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