浅谈新能源汽车中无线BMS的优势

最新更新时间:2022-09-26来源: elecfans关键字:新能源汽车  无线BMS  wBMS 手机看文章 扫描二维码
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2022年上半年,全球新能源车市场销量起飞,中国大陆上半年的新能源车销量尤为突出,创造了同比增长100%以上的惊人成绩。当新能源车开始走进千家万户的时候,大家对电池系统的要求也日益高企,既要续航能力提高,又要保证安全稳定。于是,业界的一项重大创新技术呼之欲出,那就是wBMS, 即无线电池管理系统。 


无线BMS的优势

BMS成本占新能源汽车动力电池的20%左右。传统BMS通过线缆联通电池组,然后用菊花头进行桥接。线缆和机械结构接口的使用,导致较大的空间占用和配重增量,其实也就挤压了电池能量密度提升的空间。无线BMS一改传统的串环电路,在BMS主机端和电池组节点上部署无线通信模块,实现星型+自组网模式来实现电池管理所必要的通信。无线方式不但提升了能量密度改善空间,还大幅降低了电池组装阶段的人工投入。而且无线方案也无需以高成本手段提供高低压隔离。


在传统模式下,万一发生事故或仅仅因为行车时间过长而老化,出现线材断裂或接口接触不良,都容易导致动力电池系统不工作。在此情况下,动力电池需要整体更换。给车主带来的潜在经济损失相当大。而无线方式,不存在线材和接口失效问题,而且由于其无线特性,天然具备模块化的优势。即便某部分电池组出了问题,把有问题的电池组抽出来更换掉就可以,不需要置换整块动力电池。


由于以上优势,优势车企开始从2019年尝试无线BMS技术。已采用无线BMS技术的上市或即将上市的车型有:宝马 i3 (2022年),通用汽车的悍马EV (2024年)。


TI赋能无线BMS

深耕汽车电子领域的德州仪器(Texas Instrument) 率先推出了全球首款符合ISO 26262 ASIL D 认证的wBMS SoC方案CC2662R-Q1。该芯片在2.4GHz频段上部署了TI自主开发的Simplelink wBMS 协议。这个方案可以管理支持多达100个节点,与其配合的BQ79616-Q1电池监控器可用于不同配置,如16、32、64节电池系统。

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电池模块将电池信息直接传送达 BMS MCU 的无线方案克服了有线通信面临的挑战。无线BMS方案要达到有线方案的性能,需要解决的关键问题是BMS专用网络的可用性。TI 的解决方案以2.4-GHz 频段搭建无线网络,该网络必须随时可用,即电动汽车一旦启动,网络即须搭通并能即时用于电池管理。TI 专有无线协议Simplelink WBMS正是为确保网络即时可用和随时可靠而定义开发的。这样便可保证任意时间车辆一键启动时,电池和BMS各部分即刻联通为网络,即刻进入工作状态。


动力电池的使用场景要求无线BMS具有超强的可用性。可用性的界定是以任意时间内从其无线连接设备和无线主节点获取数据的可行度来衡量。换言之,这一可用性指标是指无线 BMS 网络实施数据采集或电池健康监控的时间相较于系统上电的总时间所占的平均百分比。TI的wBMS架构可以将BMS通信系统可用性提高到99.9999%。即对于 10 个节点的网络,TI 无线 BMS 协议可以实现 10-7 或更高的数据包错误率。这意味着在 52.222 小时的无线 BMS运维中,节点数据仅在其中100 毫秒是不可用的。协议还保证无线BMS能在极具挑战性的封装环境下正常工作。这类封装空间通常很狭窄,信号传输中经过金属板反弹会发生较严重的衰减和反射。


而无线BMS技术由于可以大幅度提高电芯管理的可靠性、精度,提高PACK装配的效率,降低PACK的技术复杂性、整体成本,以及未来更好的智能管理方案。因此未来极具商业前景。具体而言体现在以下4个方面:

01更可靠更简单

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,整个系统都有瘫痪风险,且线束修复困难。而无线通讯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。

02更智能

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,在恶劣环境中更是具备时间同步上的优势。

03轻量化及成本降低

无线方案根据不同的车型使得每辆车能节省10m以上的导线以及0.5kg的连接器。因此,每生产50000辆车,将节省500km的导线以及25000kg的连接器。在节约成本的同时也满足汽车轻量化趋势;同时,无线方式降低了组装成本,随着未来无线BMS方案大批量量产将来的硅片有望比导线和连接器更便宜,总BMS成本将会更低。

04降低PACK复杂度

采用无线后一方面减少了低压线束除了降成本和轻量化,另一方面也使得module独立性更强,制造、甚至梯次利用上都更为便利。


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