電池管理新突破！TI推出業(yè)界領(lǐng)先的無線BMS解決方案 助推新能源汽車效率提升

（電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道 文/章鷹）經(jīng)過多年持續(xù)發(fā)展，汽車電氣化已取得顯著成果。然而，如何提高電動(dòng)汽車的續(xù)航能力，依然是當(dāng)前最主要的技術(shù)難題之一，而電池管理系統(tǒng)的創(chuàng)新正是突破該難題的核心。無線BMS是未來發(fā)展趨勢(shì)，據(jù)Strategy Analytics預(yù)測(cè)，到2026年將有3600萬輛電動(dòng)汽車上路行駛，而無線BMS為提高汽車的效率和可靠性提出了更有前景的方法。

2021年1月18日，德州儀器 (TI) 宣布電動(dòng)汽車(EV)電池管理系統(tǒng)(BMS)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大進(jìn)展，即發(fā)布業(yè)界領(lǐng)先的無線BMS解決方案，該方案是首個(gè)經(jīng)獨(dú)立評(píng)估的功能安全概念。

通過采用具有業(yè)界出色的網(wǎng)絡(luò)可用性的無線協(xié)議，TI的無線BMS解決方案展示了如何幫助車輛設(shè)計(jì)師們減少繁重、昂貴且需要頻繁維護(hù)的布線，并在全球范圍內(nèi)提高電動(dòng)汽車的可靠性和效率。

TI如何看待2021年智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域無線BMS市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)路線？其無線BMS有哪些優(yōu)勢(shì)？相比較競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，TI無線BMS的解決方案有何特色？ TI的BMS系統(tǒng)如何解決客戶的產(chǎn)品挑戰(zhàn)，在成本和安全性上有哪些優(yōu)勢(shì)？帶著這些問題，電子發(fā)燒友記者采訪了TI全球汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)業(yè)務(wù)總經(jīng)理 Karl-Heinz Steinmetz、TI中國(guó)區(qū)嵌入式與數(shù)字光處理應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)師英和TI系統(tǒng)工程經(jīng)理吳萬邦，他們帶來了精彩的解讀和分析。

圖：TI全球汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)業(yè)務(wù)總經(jīng)理 Karl-Heinz Steinmetz

2020年，全球新冠疫情加速了汽車領(lǐng)域電動(dòng)化和數(shù)字化進(jìn)程，TI作為國(guó)際頂尖的芯片廠商，與眾多汽車廠商合作，如何看待2021年智能網(wǎng)聯(lián)電動(dòng)汽車BMS的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)路線？

Karl-Heinz Steinmetz：無線BMS是符合電源管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，當(dāng)然這并不意味著所有的BMS系統(tǒng)都會(huì)百分之百轉(zhuǎn)到無線的BMS，但很多原始設(shè)備制造商已經(jīng)在考慮無線BMS，因?yàn)闊o線BMS的優(yōu)勢(shì)非常明顯。有廠商顧慮無線BMS解決方案相較于有線BMS解決方案的安全性和性能。所以，現(xiàn)在很多OEM沒有用到無線BMS。

汽車BMS市場(chǎng)，現(xiàn)在面臨哪些技術(shù)挑戰(zhàn)？

師英：汽車BMS市場(chǎng)面臨三大挑戰(zhàn)：首先，基本上在路面上行駛的新能源汽車所有的BMS系統(tǒng)都是有線BMS系統(tǒng)，在有線的BMS系統(tǒng)里，每一節(jié)電池包里面的每個(gè)模組，模組里面的每個(gè)電池都必須通過一個(gè)通信電纜連接到一個(gè)調(diào)節(jié)電量，做電池電芯監(jiān)控和平衡的一個(gè)監(jiān)控芯片。為了使通信電纜的連接非常可靠，我們會(huì)采用菊花鏈連接，而且線纜需要重型銅線，這樣在電池管理中，造成在電池包里邊形成非常龐雜的電纜布置，會(huì)增加重量。

其次，跟客戶交流時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)電池包故障率來講，電纜和連接器故障是導(dǎo)致電池包出現(xiàn)故障的主要原因。一旦電纜或者連接器出現(xiàn)問題可能需要更換整個(gè)電池包，費(fèi)用也會(huì)很昂貴。

還有，有線電纜占用電池包空間，整個(gè)體積比能量更大。當(dāng)我們用無線方案把電纜替代掉之后，省出來的空間可以放更多電芯，提高整個(gè)電池包的體積能量密度。

相比較競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，TI無線BMS的解決方案有何特色？

Karl-Heinz Steinmetz：TI無線BMS在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、可靠性和安全性方面表現(xiàn)出色。

首先，通過采用具有業(yè)界出色網(wǎng)絡(luò)可用性的先進(jìn)無線協(xié)議，TI無線BMS解決方案展示了車輛設(shè)計(jì)師們?nèi)绾蜗敝?、昂貴且需要頻繁維護(hù)的布線，并在全球范圍內(nèi)提高電動(dòng)汽車的可靠性和效率。在無線BMS中，連接可靠性的關(guān)鍵作用是確保2.4 GHz無線網(wǎng)絡(luò)的可用性。網(wǎng)絡(luò)必須隨時(shí)可用，以便能夠?qū)崟r(shí)啟動(dòng)電動(dòng)汽車并管理電池；因此，我們?nèi)碌膶Ｓ袩o線協(xié)議可以在此類情況下體現(xiàn)可靠性和性能方面的優(yōu)勢(shì)。我們的無線協(xié)議可提供高性能，實(shí)現(xiàn)高達(dá)1.2 Mbps的高數(shù)據(jù)吞吐量，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的延遲小于2 ms。

其次，憑借我們專有的無線協(xié)議和CC2662R-Q1無線MCU，TI無線BMS解決方案可實(shí)現(xiàn)可用性超過99.999% 的安全數(shù)據(jù)通信，并允許在嚴(yán)苛的電池外部環(huán)境中使用無線BMS。

還有，考慮到電池系統(tǒng)必須安全可靠，我們的無線協(xié)議提供了包括AES-128（128位加密加速和消息完整性檢查）在內(nèi)的多個(gè)安全層。此外，該方案還兼顧可靠性，具有低誤包率(PER)、單跳和低延遲的特性。

客戶何時(shí)將其設(shè)計(jì)發(fā)布到市場(chǎng)上由客戶自己決定，但我們的設(shè)計(jì)（包括解決方案中采用的所有部件）可以立即通過TI網(wǎng)站獲取。從更大范圍內(nèi)來講，我們正在與全球多家主要的OEM和一級(jí)供應(yīng)商進(jìn)行積極的合作討論。

師英：TI的無線BMS解決方案，除了具體技術(shù)指標(biāo)，比如無線網(wǎng)絡(luò)可用性99.999%，數(shù)據(jù)吞吐率是1.2Mbps，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的延遲不超過2ms等具體細(xì)節(jié)之外，所有的這些細(xì)節(jié)之上TI的無線BMS有兩個(gè)最大的特點(diǎn)。第一，無線BMS這套網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是考察了無線BMS面臨的具體應(yīng)用環(huán)境之后，專門針對(duì)無線BMS所打造的一套網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。

第二，這套方案在設(shè)計(jì)之初，從設(shè)計(jì)展開的第一天就考慮了ISO 26262 和TüV SüD的設(shè)計(jì)過程和功能安全目標(biāo)的考慮。在整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中都是考慮了ISO 26262和TüV SüD的要求來完成這套設(shè)計(jì)。

TI的無線BMS系統(tǒng)如何解決客戶的產(chǎn)品挑戰(zhàn)，在成本和安全性上有哪些優(yōu)勢(shì)？

Karl-Heinz Steinmetz：TI的無線BMS系統(tǒng)方案是獨(dú)特的，因?yàn)槲覀兿冗M(jìn)的無線協(xié)議專為車用無線BMS而設(shè)計(jì)，并且電池監(jiān)控器和平衡器有助于過濾系統(tǒng)級(jí)噪聲，從而準(zhǔn)確測(cè)量電池電壓和溫度，然后可靠地將這些信息報(bào)告給微控制器(MCU)。

無線BMS解決方案的主要優(yōu)勢(shì)是功能安全合規(guī)性和電動(dòng)汽車系統(tǒng)性能。

在功能安全方面，我們擁有經(jīng)過TüV SüD獨(dú)立評(píng)估且符合ASIL D標(biāo)準(zhǔn)的功能安全概念。協(xié)議設(shè)計(jì)中包含多種安全機(jī)制，體現(xiàn)了我們幫助客戶達(dá)到ASIL D標(biāo)準(zhǔn)的愿景。此外，我們?cè)谶@套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中充分考慮了功能安全。我們可以向客戶提供一個(gè)全面的無線BMS開發(fā)工具包，其中包含SimpleLink?無線BMS開發(fā)套件(CC2662RQ1-EVM-WBMS)，而開發(fā)套件中又包含板載CC2662R-Q1和BQ79616-Q1、軟件（SIMPLELINK-WBMS-SDK）和功能安全驅(qū)動(dòng)工具（如安全手冊(cè)；故障模式和影響分析FMEA；診斷分析FMEDA；TüV SüD概念報(bào)告等）。

TI的無線BMS解決方案具有出色的可擴(kuò)展性，汽車制造商能夠針對(duì)不同的配置（如具有16、32和64個(gè)電池單元的系統(tǒng)等），使用與多個(gè)BQ79616-Q1電池監(jiān)控器相連的單個(gè)無線片上系統(tǒng)來設(shè)計(jì)電池模塊。由于BQ79616-Q1在同一封裝類型中提供不同的通道選項(xiàng)，因此該器件支持引腳對(duì)引腳兼容性，并可在任何平臺(tái)上完全重復(fù)使用既有的軟件和硬件。

我特別要強(qiáng)調(diào)的是，TI的解決方案可提供出色的無線性能，同時(shí)保持富有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。

吳萬邦：無線BMS除了技術(shù)提升外，另外一點(diǎn)就是成本，很多的客戶已經(jīng)評(píng)估過無線的BMS，購(gòu)買電池監(jiān)控器，天線絞合線，無線IC要比有線的價(jià)格有優(yōu)勢(shì)。TI的解決方案可以確保我們的方案和有線的價(jià)格一樣或者比有線價(jià)格更低，這是因?yàn)闊o線的解決方案可以替代所有的導(dǎo)線，導(dǎo)線需要錢，而且電源隔離器也很貴。為什么在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，美國(guó)跟中國(guó)的OEM很難選擇無線BMS，是因?yàn)閮r(jià)格的問題。

BMS差異化核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)在于測(cè)量電池的精度。TI新一代BMS解決方案在這個(gè)點(diǎn)是有哪些新突破？

Karl-Heinz Steinmetz：TI新一代無線BMS解決方案中，用于電壓測(cè)量、溫度測(cè)量和通信的BQ79616-Q1實(shí)現(xiàn)了不超過±2mV的測(cè)量精度，在業(yè)界是處在領(lǐng)先的位置。從具體的芯片設(shè)計(jì)上來講，在全溫度范圍，它的時(shí)間漂移都做了精密的測(cè)試。

此外，BMS芯片的測(cè)量的精度在它被焊接到印刷電路板上之后還會(huì)有些微變化。對(duì)于焊接之后的誤差的補(bǔ)償，都是BQ79616芯片在設(shè)計(jì)之初就考慮到的一些因素。此外，BQ79616的集成數(shù)字低通濾波器和高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用最新技術(shù)，可優(yōu)化信號(hào)測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)誤差小于2 mV的電池電壓測(cè)量。

TI的汽車芯片能否保證供應(yīng)？會(huì)維系對(duì)國(guó)內(nèi)汽車廠商的供應(yīng)嗎？

師英：TI 絕大部分的產(chǎn)品，是從14個(gè)全球化的工廠里邊制造和生產(chǎn)的。對(duì)于汽車的產(chǎn)品，在汽車的新產(chǎn)品開發(fā)到轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)的時(shí)候，都會(huì)為它設(shè)計(jì)兩條互相備份的產(chǎn)品線。這些所有的措施都是為了保證汽車電子市場(chǎng)的供應(yīng)。到今天為止，即使在今天這樣的環(huán)境下，我們的供貨還是要好于平均的市場(chǎng)表現(xiàn)，尤其是對(duì)于汽車電子，這個(gè)不會(huì)是一個(gè)問題。

無線BMS產(chǎn)品產(chǎn)能是否充足？未來的產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴有哪些？

師英：TI的無線BMS系統(tǒng)中采用的BQ79616和CC2662這兩個(gè)芯片都已經(jīng)量產(chǎn)。在TI.com.cn或者是TI其他的銷售渠道都可以供貨。另一部分，TI的產(chǎn)業(yè)鏈和合作伙伴，在方案發(fā)布以前就已經(jīng)跟很多的主機(jī)廠都已經(jīng)在合作開發(fā)，基于無線BMS解決方案的一些平臺(tái)和系統(tǒng)，所以，我們有很多的產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴，到時(shí)候等到他們的產(chǎn)品做完，大家都可以陸續(xù)看到。

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