如今，電動(dòng)汽車(chē)及混動(dòng)汽車(chē)的駕駛焦慮仍然在續航里程、充電時(shí)間以及安全性等方面。其中不斷增加電池容量是明顯的增加續航里程的手段，但除了開(kāi)源，還有不少節流手段可增加續航里程，比如通過(guò)更精確的BMS（電池管理）系統，第三代半導體快充技術(shù)，以及為車(chē)輛減重等手段，減少消費者的顧慮。
日前，德州儀器（TI）宣布推出經(jīng)TÜV SÜD認證的功能安全認證的無(wú)線(xiàn)BMS解決方案，實(shí)現電池數據和控制命令傳輸的無(wú)線(xiàn)化。
德州儀器中國區嵌入式與數字光處理應用技術(shù)總監師英介紹道，目前所有的電動(dòng)汽車(chē)的BMS都采用有線(xiàn)系統，需要銅線(xiàn)采取菊花鏈的布網(wǎng)形式。因此一方面復雜的布線(xiàn)增加了整車(chē)重量，另外則是電纜和連接器屬于易損件，由于振動(dòng)等情況容易造成接觸不良，又或者易受到潮濕、熱等損壞，令安全等級下降，而當這些機械結構件或線(xiàn)束發(fā)生問(wèn)題時(shí)，需要更換整個(gè)電池包。此外，通過(guò)減少布線(xiàn)，減少了內部布線(xiàn)空間，可進(jìn)一步提升電池包功率密度。
由于典型的電動(dòng)汽車(chē)將近要串聯(lián)100個(gè)電池組，需要長(cháng)達幾米的銅線(xiàn)，去除這一連接無(wú)疑可以更好地實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)所需緊湊、高密度和高可靠性的電池組。
基于以上考慮，TI開(kāi)發(fā)出了高可靠性的無(wú)線(xiàn)BMS系統。
BMS系統方案介紹
TI的無(wú)線(xiàn)BMS主要有兩部分組成。
其中最重要的部分是SimpleLink CC2662R-Q1無(wú)線(xiàn)MCU，符合AEC-Q100標準。該芯片基于A(yíng)rm Cortex-M4，片上集成了豐富模擬外設，以及射頻子系統。芯片集成了專(zhuān)用的無(wú)線(xiàn)BMS協(xié)議棧，采用2.4GHz頻段（2402-2480 MHz），并內置TI-RTOS，從而支持快速組網(wǎng)。
CC2662R-Q1系統框圖
TI系統工程經(jīng)理吳萬(wàn)邦表示，CC2662R-Q1芯片的功耗非常低，因此用戶(hù)無(wú)需擔心采用無(wú)線(xiàn)會(huì )給整個(gè)電池系統帶來(lái)額外負擔。
各類(lèi)功耗如表所示。
另外則是TI的電池監控芯片BQ79616系列，具有從12-16個(gè)通道的不同產(chǎn)品，引腳和軟件兼容，可以給用戶(hù)提供最大的設計靈活性，幫助降低系統成本。
BQ79616框圖
可靠性
一直以來(lái)，人們天然地更依賴(lài)有線(xiàn)技術(shù)，而對無(wú)線(xiàn)技術(shù)的可靠性有所懷疑。為此，TI的解決方案在一開(kāi)始設計時(shí)就考慮了SÜD的設計目標要求，完全依照ISO 26262的SÜD設計標準進(jìn)行，也通過(guò)了TÜV SÜD認證，符合ASIL-D標準，由于不存在磨損，使得無(wú)線(xiàn)技術(shù)比有線(xiàn)更加安全可靠。
出色的網(wǎng)絡(luò )性能
師英表示，可靠性的背后，是TI專(zhuān)門(mén)為汽車(chē)BMS系統開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)協(xié)議棧，其網(wǎng)絡(luò )可用性指標是99.999%，即便0.001%的故障發(fā)生時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )重啟和重建的時(shí)間也不會(huì )超過(guò)300ms，整個(gè)無(wú)線(xiàn)BMS系統不會(huì )被汽車(chē)的主機長(cháng)時(shí)間丟失。
“因為一個(gè)BMS里有一個(gè)主服務(wù)器，有8到10個(gè)從服務(wù)器，所以當你從主服務(wù)器同步到所有的從服務(wù)器時(shí)這個(gè)時(shí)間并不長(cháng)�！眳侨f(wàn)邦解釋道。
而在吞吐率方面，協(xié)議棧采用了時(shí)隙化的通信設計，可極大提高數據吞吐率并降低每個(gè)節點(diǎn)間的通信延遲。從而進(jìn)一步保護數據不丟失，而且不被損壞。在吞吐量方面可以做到1.2Mbps的數據吞吐量，每個(gè)節點(diǎn)延遲不會(huì )超過(guò)2毫秒。師英表示，該協(xié)議�？纱_�？焖倬_的向電池主單元MCU發(fā)送誤差不超過(guò)±2毫伏電壓數據和電芯溫度數據，而且整個(gè)網(wǎng)絡(luò )數據包的誤碼率會(huì )小于10-7。
無(wú)線(xiàn)數據傳輸實(shí)測數據圖
針對信息安全方面，TI采用了私有協(xié)議，因此安全性得到了前所未有的提升。獨特的密鑰交換和刷新機制，以及獨特的器件認證和調試安全及其他保護功能，能夠讓整個(gè)無(wú)線(xiàn)BMS系統在信息安全上有出色表現。
而針對無(wú)線(xiàn)應用所關(guān)注的EMI和EMC問(wèn)題，師英解釋道BMS無(wú)線(xiàn)協(xié)議�？赏ㄟ^(guò)調頻等技術(shù)，組建干凈無(wú)干擾的通信網(wǎng)絡(luò )。吳萬(wàn)邦則表示，TI的無(wú)線(xiàn)BMS已經(jīng)通過(guò)了一些客戶(hù)的評估，證明車(chē)內2.4GHz頻率共存的情況下不會(huì )有任何干擾。
強大的可擴展性
TI BMS系統提供多個(gè)跨平臺進(jìn)行可靠系統設計自由，支持不同電芯組成的模組，結合BQ79616系列實(shí)現了系統的高度可擴展性和靈活性。
協(xié)議棧在設計時(shí)就考慮了BMS系統對于測量同步的要求，同時(shí)BQ79616也支持節點(diǎn)測量同步，因此無(wú)論電池組平臺進(jìn)行何種縮放，都可以實(shí)現最好的性能。
協(xié)議棧最多支持100個(gè)節點(diǎn)，由于是無(wú)線(xiàn)傳輸，因此也不需要額外的隔離設計。
正如TI汽車(chē)產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)工程師Daniel Torres表示：“無(wú)線(xiàn)BMS系統設計就像在空白畫(huà)布上進(jìn)行設計一樣。當您不必擔心放置線(xiàn)束的位置時(shí)，就可以想出新的方法來(lái)利用空間，甚至混合和匹配不同大小和類(lèi)型的電池�！�
更友好的開(kāi)發(fā)驗證環(huán)境
TI.com.cn上目前已經(jīng)提供包括開(kāi)發(fā)套件、SDK以及協(xié)議棧等無(wú)線(xiàn)BMS開(kāi)發(fā)包，還包括射頻配置開(kāi)發(fā)軟件SmartRF Studio以及電流傳感開(kāi)發(fā)軟件Sensor Controller Studio。
每個(gè)開(kāi)發(fā)套件均包含 9 塊電路板、1 個(gè)預編程電池控制單元和 8 個(gè)預編程電池傳感器單元�？梢詫o(wú)線(xiàn) BMS EVM 配置為電池控制單元（主節點(diǎn)）或電池傳感器單元（輔助節點(diǎn)）。支持使用獨立 XDS110 調試探針來(lái)對無(wú)線(xiàn) BMS EVM 進(jìn)行編程和調試。
在CES2021在線(xiàn)峰會(huì )上，TI也重點(diǎn)展示了無(wú)線(xiàn)BMS系統
師英指出，無(wú)線(xiàn)BMS開(kāi)發(fā)包是一套完整的交鑰匙參考設計，包括天線(xiàn)的參考設計都已經(jīng)納入其中，用戶(hù)也可根據自身需求進(jìn)行微調。 |
