TI針對(duì)電動(dòng)汽車(EV)無(wú)線電池管理系統(tǒng)開發(fā)的全新解決方案

隨著下一代電池管理系統(tǒng)(BMS)實(shí)現(xiàn)無(wú)線化，電動(dòng)汽車內(nèi)部錯(cuò)綜復(fù)雜的通信布線將減少，從而有助于延長(zhǎng)行駛里程并提高可靠性。

借助我們針對(duì)電動(dòng)汽車(EV)無(wú)線電池管理系統(tǒng)開發(fā)的全新解決方案，客戶可以設(shè)計(jì)出更輕、每次充電后行駛里程更遠(yuǎn)且滿足高水平安全標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)汽車，從而提高可靠性。除了舒適的內(nèi)飾和精美的儀表板，制造商還會(huì)在電動(dòng)汽車的機(jī)箱安裝盡可能多的電池。更多的電池意味著更大的充電容量，從而使汽車具有更遠(yuǎn)的行駛里程，這也是消費(fèi)者的一項(xiàng)重要需求。

但是，每塊電池必須連接監(jiān)測(cè)器。監(jiān)測(cè)器向控制器報(bào)告關(guān)鍵信息，進(jìn)而更大限度改善電池的健康狀態(tài)和性能。由于典型的電動(dòng)汽車串聯(lián)了近100節(jié)電池，其中幾英尺/米和幾磅/公斤的重型銅線會(huì)形成迷宮般龐大的電池管理布線，占用了許多寶貴的空間。上述所有導(dǎo)線的重量會(huì)縮短行駛里程、降低可靠性并增加成本。

我們?nèi)碌臒o(wú)線電池管理系統(tǒng)包括專有的無(wú)線連接協(xié)議和一組電子芯片，并率先支持系統(tǒng)級(jí)功能安全合規(guī)性，不需要繁重、昂貴且需要頻繁維護(hù)的布線，給電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的機(jī)遇。

“這就像在一塊空白的畫布上進(jìn)行設(shè)計(jì)，”TI專攻連接解決方案的汽車產(chǎn)品營(yíng)銷工程師Daniel Torres說(shuō)，“當(dāng)你不必?fù)?dān)心導(dǎo)線問題時(shí)，就可以找到充分利用空間的新方法，甚至可以搭配使用不同尺寸和類型的電池?！?/p>

BMS：幕后的關(guān)鍵組件

電動(dòng)汽車車主可能對(duì)他們汽車的電池管理系統(tǒng)了解不多，但實(shí)際上，電池管理系統(tǒng)是至關(guān)重要的組件，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)所有電池的電壓、電流和溫度。

“最重要的是，BMS可以更大限度提高電動(dòng)汽車的性能、可靠性和使用壽命，”TI汽車電池產(chǎn)品的產(chǎn)品線經(jīng)理Ankush Gupta提到，“通過(guò)精心管理電池的充電和其他工作特性，可以在需要時(shí)充分利用每塊電池中的電量，同時(shí)確保電池不會(huì)提前出現(xiàn)電量不足或受到損壞。而且，消除通信導(dǎo)線會(huì)使車輛更輕，我們也有更大的空間、自由度和靈活性來(lái)設(shè)計(jì)具有先進(jìn)電池功能的電動(dòng)汽車?！?/p>

Ankush和Daniel說(shuō)，這一成果可以直接幫助減輕“里程焦慮”，即對(duì)電量耗盡的恐懼，正是這樣的焦慮和恐懼使得許多消費(fèi)者對(duì)于節(jié)能、無(wú)排放的電動(dòng)汽車望而卻步。

無(wú)線BMS的強(qiáng)大功能

無(wú)線化解決方案還能解決電動(dòng)汽車獨(dú)有的缺陷：密集的布線和用于固定線纜以及線束可能導(dǎo)致的故障。

“線束和連接器是易受振動(dòng)、潮濕和其他問題影響的機(jī)械部件，”TI動(dòng)力總成系統(tǒng)工程師Mark Ng解釋說(shuō)，“它們比電池本身更有可能需要維修?！?/p>

使用無(wú)線BMS可避免這一缺陷，從而節(jié)省了電動(dòng)汽車行業(yè)昂貴的維修費(fèi)用，并使維修電池變得更簡(jiǎn)單、更經(jīng)濟(jì)。 而且無(wú)線化的優(yōu)勢(shì)不僅僅局限于汽車的電池使用時(shí)間。 老化的電動(dòng)汽車電池在汽車中完成使命后，還可以回收、重新部署到數(shù)據(jù)中心的電池備用裝置，或作為能量存儲(chǔ)裝置連接太陽(yáng)能或風(fēng)能發(fā)電設(shè)施，其無(wú)線功能可在這些應(yīng)用中提供輕松監(jiān)測(cè)。

“從工廠車間到倉(cāng)庫(kù)，到車輛，再到拆卸后作為能量存儲(chǔ)裝置，人們?cè)陔姵氐恼麄€(gè)生命周期中都需要監(jiān)測(cè)電池?！盌aniel說(shuō)，“不必在每種新場(chǎng)景下都用電線將電池連接起來(lái)，只需將電池放在架子上就可以無(wú)線讀取數(shù)據(jù)了?！?/p>

工程挑戰(zhàn)

用于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的無(wú)線BMS解決方案設(shè)計(jì)需要高度協(xié)作，需要將電池管理、連接性和汽車系統(tǒng)方面擁有專業(yè)知識(shí)的TI工程師集中在一起進(jìn)行攻關(guān)。各種要求令人望而生畏，TI負(fù)責(zé)2.4GHz連接領(lǐng)域的業(yè)務(wù)線經(jīng)理Ram Vedantham表示?！霸S多需求相互矛盾，”他說(shuō)，“在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們花了很多時(shí)間進(jìn)行頭腦風(fēng)暴和白板展示，而且時(shí)間緊迫?！?/p>

例如，該解決方案需要具有高吞吐量，以便在惡劣、嘈雜的環(huán)境中于幾毫秒內(nèi)從近100塊電池中收集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)2毫伏的精度，并且錯(cuò)誤率為千萬(wàn)分之一。此外，芯片需要以較低的功耗運(yùn)行，以免在停放汽車中監(jiān)測(cè)熱量管理情況時(shí)耗盡電池。

為了解決這些設(shè)計(jì)難題，連接解決方案團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種可靠的專有無(wú)線協(xié)議，以便在要求2.4GHz無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)可用性的環(huán)境中進(jìn)行通信。網(wǎng)絡(luò)必須隨時(shí)可用，以便駕駛員在啟動(dòng)電動(dòng)汽車后，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理電池并進(jìn)行通信。

“我們的設(shè)計(jì)思路是每次通過(guò)按一下按鈕啟動(dòng)汽車后，網(wǎng)絡(luò)能連接所有必要的元件?！盧am說(shuō)，“這里體現(xiàn)了我們?nèi)碌膶Ｓ袩o(wú)線協(xié)議的可靠性和性能。我們的團(tuán)隊(duì)努力開發(fā)無(wú)縫融合無(wú)線技術(shù)先進(jìn)功能的創(chuàng)新型解決方案，確保協(xié)議可以提供出色的性能、功耗和功能，從而滿足系統(tǒng)要求?！?/p>

團(tuán)隊(duì)必須突破無(wú)線連接的極限，以便在不降低可靠性的情況下提高電池的性能水平，Ankush說(shuō)。

在功能安全方面具有先進(jìn)優(yōu)勢(shì)

作為對(duì)團(tuán)隊(duì)工作成果的驗(yàn)證，我們的解決方案經(jīng)過(guò)了知名功能安全評(píng)估機(jī)構(gòu)TüV-SüD的評(píng)估，并評(píng)為先進(jìn)的無(wú)線BMS概念。此解決方案經(jīng)驗(yàn)證符合系統(tǒng)級(jí)功能安全合規(guī)性（可達(dá)ASIL D等級(jí)），此標(biāo)準(zhǔn)在道路安全方面具有很高的完整性要求，是電動(dòng)汽車制造商的一項(xiàng)重要考慮因素。經(jīng)評(píng)估和認(rèn)證，這一概念也符合工業(yè)應(yīng)用中的SIL3標(biāo)準(zhǔn)。

“我們的客戶關(guān)心他們的系統(tǒng)是不是安全可靠，”Mark說(shuō)，“我們的系統(tǒng)級(jí)概念經(jīng)過(guò)知名功能安全評(píng)估機(jī)構(gòu)的獨(dú)立評(píng)估，符合功能安全合規(guī)性（可達(dá)ASIL D等級(jí)）。”

易于實(shí)施

無(wú)線電池管理系統(tǒng)不需要太多的布線或重新配置，因此更易于實(shí)施。

“可以快速在全新和現(xiàn)有的汽車型號(hào)中添加無(wú)線BMS，我們的客戶立即就能節(jié)省空間，”Ram說(shuō)。因此，汽車制造商正計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)將無(wú)線BMS解決方案整合到他們量產(chǎn)的汽車中，并以更快的速度在他們下一代的汽車中采用這項(xiàng)新技術(shù)。

對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，無(wú)線BMS可能意味著更低的電動(dòng)汽車成本以及更好的續(xù)航能力和可靠性，讓他們的車輛更環(huán)保。“通過(guò)使用專門為這種用途開發(fā)的全新無(wú)線連接協(xié)議，我們的無(wú)線BMS解決方案在電動(dòng)汽車領(lǐng)域具有真正出色的性能和安全性，”Ram說(shuō)，“這意味著汽車制造商能夠比以往更快地讓這項(xiàng)技術(shù)造福于消費(fèi)者。” Daniel補(bǔ)充說(shuō)：“目前，購(gòu)買電動(dòng)汽車可能對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)成本過(guò)高，或者他們擔(dān)心電力消耗問題。無(wú)線BMS使能夠我們更進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)汽車的廣泛運(yùn)用。”

我們熱衷于讓世界更美好

幫助客戶開發(fā)無(wú)線電池管理系統(tǒng)(BMS)，實(shí)現(xiàn)重量更輕、續(xù)航更遠(yuǎn)的電動(dòng)汽車，展現(xiàn)了TI創(chuàng)新者對(duì)公司使命愿景——通過(guò)半導(dǎo)體技術(shù)降低電子產(chǎn)品成本，讓世界變得更美好——的踐行。每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上，使我們的技術(shù)變得更小巧、更高效、更可靠、更實(shí)惠，從而開拓了新市場(chǎng)并實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。在TI，我們將其視為工程的進(jìn)步。這正是我們數(shù)十年來(lái)乃至現(xiàn)在一直在做的事。

編輯：hfy