BMS：從有線到無線

對于新一代的汽車系統(tǒng)來說，新一代電動汽車從400V電池系統(tǒng)過渡到800V電池系統(tǒng)是一個大系統(tǒng)工程，涉及從系統(tǒng)部件，到整車，以及基礎(chǔ)設(shè)施的整體配合變革，上至半導(dǎo)體元器件、電池模組安全性提升，下至車、樁、充電網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)動升級。高壓電源系統(tǒng)正在變得越來越普遍，以此衍生來的電源管理問題也隨之而來。

BMS：從有線到無線

在傳統(tǒng)的有線BMS方案中，是利用雙絞線電纜以菊花鏈方式連接電池監(jiān)控器，傳輸從每個電池模塊采集的數(shù)據(jù)。在這種方案里，因?yàn)橛芯€纜的存在，不可避免地存在一些不足。線束和插接口常常是故障多發(fā)地，如果能減少這些連接件那么電池包的失效率會降低不少。線束和連接件同樣會增加整個包的空間，降低整個包的體積能量密度。這些都是很容易想到的不足。在汽車系統(tǒng)中，有線BMS方案需要在菊花鏈電纜的任一端添加隔離元件，用來確保在高噪聲環(huán)境中可靠通信，并承受嚴(yán)格的汽車電磁干擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）限制。

（圖源：ADI）

無線BMS方案使用無線接口，通過無線收發(fā)器器件，將通用異步接收器/發(fā)送器（UART）數(shù)據(jù)從電池監(jiān)控器傳輸?shù)街鳈C(jī)MCU。無線通信技術(shù)的應(yīng)用減少了從控CSU之間、從控與主控BMS之間的連接線。傳統(tǒng)位置的連線通過無線通信來實(shí)現(xiàn)的，一個無線芯片會與目前已經(jīng)在使用的采集芯片和主控器芯片集成在一起，構(gòu)成了新的BMS板子。通過消除電纜和連接器，無線電池管理系統(tǒng)BMS提高了可靠性和設(shè)計靈活性，系統(tǒng)成本上的降低也是顯而易見的。

簡單對比兩種方案的話，有線BMS的雙絞線電纜在無線BMS中被替換為無線解決方案中每個 BMU上的無線器件。與使用電纜相比，添加額外的器件肯定會提高整個系統(tǒng)的復(fù)雜性。但考慮到電纜的成本和重量，以及還需要在雙絞線接口任一側(cè)放置高性能隔離元件來確保通信穩(wěn)定，添加額外器件是更能讓人接受的。

無線BMS避不開的挑戰(zhàn)

電池模塊將電池信息直接傳送到BMS MCU的無線解決方案解決了與有線通信相關(guān)的挑戰(zhàn)。然而，采用無線解決方案需要與有線系統(tǒng)相媲美的性能。這樣的關(guān)鍵性能指標(biāo)除了是否符合ASIL D功能安全合規(guī)要求，網(wǎng)絡(luò)可用性同樣是一大挑戰(zhàn)。

如果數(shù)據(jù)包傳輸出錯，這意味著設(shè)備在某個時間間隔內(nèi)將無法正確解釋來自任何無線節(jié)點(diǎn)或無線主節(jié)點(diǎn)的信息，則認(rèn)為該網(wǎng)絡(luò)在該時間間隔內(nèi)不可用。必須準(zhǔn)確快速地處理數(shù)據(jù)，因?yàn)槿狈?zhǔn)確的信息可能會導(dǎo)致電池故障并導(dǎo)致危險情況。這就是為什么無線BMS網(wǎng)絡(luò)可用性如此重要的原因，它直接關(guān)乎安全性和可靠性。但我們也必須認(rèn)識到，無線BMS可能破壞設(shè)計不完善、缺少安全協(xié)議的系統(tǒng)。TI為了滿足通信安全要求，是部署了兩條安全機(jī)制來解決此類擔(dān)憂——采用CRC-32循環(huán)冗余校驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性；為驗(yàn)證消息的完整性及真實(shí)性，增加4個字節(jié)的MAC信息驗(yàn)證碼。

無線BMS應(yīng)用到整個電池組PACK中，它的電磁兼容性是個難關(guān)。抗干擾的穩(wěn)定性上，也是一種挑戰(zhàn)，一旦無線BMS的無線傳輸被干擾，未能及時對電池組做出保護(hù)響應(yīng)，隱患無窮。無線BMS在設(shè)計上必須要克服惡劣的汽車射頻環(huán)境。

無線BMS真的好用嗎？

我們可以先看看目前最知名也發(fā)展最快的無線BMS設(shè)計。TI在方案采用CC2662R-Q1無線MCU與BQ79616-Q1電池監(jiān)控器的方式，實(shí)現(xiàn)對電池電量、溫度、電流、電壓的檢測，并將數(shù)據(jù)通過無線傳輸?shù)姆绞脚c主控芯片完成通信?；谄鋵Ｓ械臒o線BMS協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)快速組網(wǎng)。據(jù)TI官方顯示，通過專有的無線通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，延時低、傳輸速率高（1.2Mbps數(shù)據(jù)吞吐），數(shù)據(jù)丟包率極低。

（圖源：TI）

ADI的方案是將SmartMesh與LTC6811電池監(jiān)控器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電池狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)的無線傳輸。據(jù)ADI的介紹，方案可節(jié)省九成以上的線纜，減小一成以上的電池體積，為電池的布局和拆卸提供靈活性。

就目前這兩家的方案來看，實(shí)現(xiàn)的是減少從控、主控之間的連接，增強(qiáng)通信。現(xiàn)在電芯在電池包內(nèi)的高度集成，已經(jīng)把從、主控之間的連接簡化為2-3根線束，已經(jīng)節(jié)省了相當(dāng)多的線束，從成本和收益上來說，無線BMS似乎已經(jīng)不具備太領(lǐng)先的減法優(yōu)勢。

另一方面來說，在無線BMS推出這么些年后，真正上車的實(shí)例少之又少。要知道，在電動汽車芯片大刀闊斧上車的如今，無線BMS始終沒有大規(guī)模應(yīng)用，肯定是有其原因的。一方面，惡劣的汽車射頻環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性可靠性難以確保，再者，無線BMS在模組技術(shù)時代，能應(yīng)用于電池包退役后的梯次利用，但隨著電池包向著更高的集成度發(fā)展，模組時代也開始被淘汰，一切似乎都不那么確定。如果僅僅從目前無線BMS的方案來看，考慮到電磁兼容性這個鴻溝，這個在技術(shù)上備受關(guān)注的無線BMS，在權(quán)衡風(fēng)險與收益后，并不那么誘人了。

當(dāng)然，技術(shù)的發(fā)展總是日新月異，或許無線BMS正在為下一個車控域控制器時代做鋪墊。

審核編輯 ：李倩