什么是電池管理系統(tǒng)(BMS)？低功耗藍(lán)牙的汽車電池管理系統(tǒng)有什么好處？

如今藍(lán)牙無線技術(shù)無處不在，被廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備，細(xì)分市場涵蓋蜂窩、PC、家庭娛樂、智能家居、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療保健、物聯(lián)網(wǎng)和汽車，而且應(yīng)用的設(shè)備數(shù)量仍呈上升趨勢。

ABI Research的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，到2027年，藍(lán)牙設(shè)備的年出貨量預(yù)計將超過76億件。汽車市場呈類似發(fā)展趨勢，藍(lán)牙在汽車娛樂、汽車訪問/數(shù)字鑰匙、輪胎監(jiān)控等多種應(yīng)用中的采用率越來越高。ABI Research預(yù)測，到2027年，汽車藍(lán)牙設(shè)備的年出貨量將超過1.8億件。

藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)最近推出了5.4版本的藍(lán)牙核心規(guī)范。此最新版本推出了一些令人興奮的功能，這些功能將釋放某些量大應(yīng)用的潛力。電子貨架標(biāo)簽(ESL)是一種領(lǐng)先且受到廣泛討論的應(yīng)用。而另一種有望從這一新版本中大幅受益的應(yīng)用是電動汽車(EV)的電池管理系統(tǒng)(BMS)。我們來一探究竟。

什么是電池管理系統(tǒng)(BMS)？

由于近來許多國家政府出臺了減少二氧化碳排放以限制氣候變化的法規(guī)，預(yù)計每年的電動汽車出貨量將大幅增長。據(jù)彭博新能源財經(jīng)數(shù)據(jù)，到2030年，全球電動汽車年出貨量將達(dá)到3000萬輛，到2040年，將達(dá)到6000萬輛。

電池組是電動汽車的核心。電池組是由多個模塊組成的復(fù)雜組件，每個模塊包含數(shù)百個電池單元。電池組總共可能包含數(shù)千個電池單元。

BMS是電動汽車電池組的“大腦”，是電動汽車的關(guān)鍵組成部分，負(fù)責(zé)確保電動汽車高效和安全運(yùn)行。其性能顯著影響電動汽車的行駛里程和電池壽命。BMS的主要用途是管理電池的健康狀況、性能和安全性。

以下是電動汽車BMS的主要功能：

1

//監(jiān)測電池狀態(tài)

BMS可持續(xù)監(jiān)測電池的溫度、電壓、電流和其他參數(shù)。如果出現(xiàn)任何異常（如過熱或過度充電），BMS會提醒駕駛員，并采取措施防止?jié)撛谖ｋU。

2

//平衡電池單元

BMS可確保電池中的電池單元處于平衡狀態(tài)，即電池單元的荷電狀態(tài)相同。不平衡的電池單元會導(dǎo)致電池的性能、容量和使用壽命降低。

3

//電池單元保護(hù)

BMS可防止電池單元過度充電和放電，以免損壞電池并縮短電池壽命。此外，它還可以防止過熱，并控制充電和放電速率，以保持電池的健康狀況。

4

//荷電狀態(tài)(SoC)估計

BMS會估算電池中的剩余電量，以便為駕駛員提供準(zhǔn)確的里程估計，同時有助于優(yōu)化電池的使用和充電行為。

5

//通信

BMS可與車輛中的其他系統(tǒng)（如電機(jī)控制器和中央單元）進(jìn)行通信，以優(yōu)化車輛的性能和安全性。

遷移到無線BMS有什么好處？

通常，BMS使用有線連接與車輛中的其他系統(tǒng)進(jìn)行通信。BMS通過收集各種參數(shù)數(shù)據(jù)來監(jiān)測電池單元。電池組中的所有電池單元和模塊均通過多種電線和接頭連接到中央BMS，重量和布線設(shè)計復(fù)雜性會明顯增加。這會顯著影響B(tài)MS的整體制造和裝配成本。

隨著電動汽車變得日益復(fù)雜，并且需要提升效率，降低成本和提升電池監(jiān)測和控制的精確性，無線技術(shù)變得至關(guān)重要。這就是為何汽車行業(yè)轉(zhuǎn)向無線BMS的原因，去除所有這些電線將帶來以下好處：

1

//經(jīng)濟(jì)實(shí)用

無線BMS可降低系統(tǒng)的總體成本，因?yàn)闊o需復(fù)雜的布線和接頭，而接頭也可能成為故障源。因此，維護(hù)和維修成本也顯著降低。

2

//靈活性

無線BMS在安裝和放置方面具有靈活性。沒有復(fù)雜的布線，便于安裝和維護(hù)。此外，無線BMS更具可擴(kuò)展性，并可提供各種外形尺寸，可采用不同數(shù)量的電池模塊，以滿足不同的電動汽車需求，所有這些都可以用同一個BMS解決方案來實(shí)現(xiàn)。

3

//實(shí)時監(jiān)控

無線BMS可以實(shí)時監(jiān)控電池的狀態(tài)和性能，從而提供更準(zhǔn)確和可靠的數(shù)據(jù)。這是由于無線芯片也可集成MCU功能。因此，大部分?jǐn)?shù)據(jù)處理任務(wù)可以“遷移至邊緣”，從而減輕中央處理器的負(fù)擔(dān)并降低延遲。

4

//提高安全性

通過降低接線問題（如短路和接地故障）的風(fēng)險，無線BMS提高了安全性。降低數(shù)據(jù)處理和診斷延遲，也有助于提高安全性。

5

//續(xù)航里程更長

去除接線和接頭可明顯縮小BMS的尺寸并減輕重量。重量減輕會延長電池的續(xù)航里程。尺寸更小，可為車內(nèi)其他物品騰出更多空間，或者可以增加更多電池模塊，這樣也有助于延長電池壽命。

對于BMS來說，藍(lán)牙5.4有哪些優(yōu)勢？

無線BMS考慮了多種無線解決方案。其中有一些是專有方案，專為無線BMS用例定制。但是，使用藍(lán)牙等標(biāo)準(zhǔn)解決方案，特別是支持5.4版本的藍(lán)牙核心規(guī)范，有顯著優(yōu)勢。以下是藍(lán)牙LE5.4適用于無線BMS的原因：

1

//高吞吐量

藍(lán)牙可提供每秒超過1兆位的數(shù)據(jù)速率，而其他專有解決方案的速率通常遠(yuǎn)低于此水平。因此，藍(lán)牙可以在更短的時間內(nèi)傳輸更多數(shù)據(jù)，滿足BMS需要將大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚韱卧?，并隨電池模塊數(shù)量的增加而擴(kuò)展的要求。數(shù)據(jù)速率更高還意味著延遲更低，這對安全性至關(guān)重要。

2

//同步的低延遲和可靠的連接

即使在嘈雜的環(huán)境中，藍(lán)牙技術(shù)也能提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸?；谒{(lán)牙的無線BMS由多個與中央單元通信的電池模塊組成。目前，電池組通常包含不到十個電池模塊。但未來可能會增加到幾十個。每個模塊都需要高效和快速地向中央單元報告數(shù)據(jù)。需要在一瞬間診斷出損壞的電池單元，以避免過熱等危險后果。

在傳統(tǒng)的藍(lán)牙LE拓?fù)渲?，中央設(shè)備可以與許多外圍設(shè)備通信。但是，每個外圍設(shè)備都需要等待，直到接受中央設(shè)備的輪詢后才能發(fā)送數(shù)據(jù)。這可能會導(dǎo)致延遲不符合無線BMS要求，尤其是當(dāng)電池模塊數(shù)量增加時。

5.4版本的藍(lán)牙核心規(guī)范引入了一項稱為“帶響應(yīng)的周期性廣播(PAwR)”的新功能，可解決此限制問題。借助此功能，中央設(shè)備（本例中為汽車中央裝置）可以按固定的時間間隔發(fā)送廣播信息包，這些信息包由所有或一組外圍設(shè)備或觀察器（電池模塊）接收。這是改進(jìn)后的廣播版本，每個觀察器都可以在預(yù)定義的響應(yīng)時間回復(fù)中央設(shè)備。此外，40個可用無線電信道中的任何一個都可用于無線交換數(shù)據(jù)，使得通信更可靠，不受潛在干擾的影響。

3

//安全連接

藍(lán)牙技術(shù)通過加密和身份驗(yàn)證提供安全通信，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問，并確保車輛及其乘員的安全。在5.4版本藍(lán)牙規(guī)范之前，無法加密廣播數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在這一點(diǎn)可通過新的“加密廣告數(shù)據(jù)”功能實(shí)現(xiàn)，這是對PAwR非常好的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)更安全的通信。

4

//低功耗

藍(lán)牙LE本質(zhì)上是一種低功耗無線通信協(xié)議。此外，在使用PAwR時，中央單元會定期發(fā)送廣播信息包，觀察器只會在這些廣播活動期間偵聽，同時在間隔時段休眠。僅在要求其回復(fù)時，才會發(fā)送回復(fù)。這非常節(jié)能，尤其是對于電動汽車等電池供電設(shè)備而言。

5

//低成本

主要供應(yīng)商提供的藍(lán)牙LE芯片在各種應(yīng)用中的出貨量非常高，規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和高度攤銷的開發(fā)成本使得售價較低。藍(lán)牙LE芯片比專為無線BMS設(shè)計的專有無線芯片更便宜，專有無線芯片的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)有限，出貨量更低。

6

//多源

使用藍(lán)牙LE的好處在于，可以在供應(yīng)鏈中使用多個供應(yīng)商的芯片。這使得BMS和電動汽車制造商能夠有第二個貨源，以保障批量生產(chǎn)需求并繼續(xù)應(yīng)對價格壓力。

BMS是汽車行業(yè)中的一個重要組成部分，負(fù)責(zé)確保電動汽車高效和安全地運(yùn)行。無線BMS比有線設(shè)備更輕、更靈活，隨著電池組的復(fù)雜性和尺寸不斷變化，無線BMS的采用率也越來越高。由于功耗非常低，延遲更低，加上標(biāo)準(zhǔn)的大規(guī)模部署特性帶來的供應(yīng)鏈優(yōu)勢，藍(lán)牙技術(shù)，特別是具有aWR的藍(lán)牙LE5.4，是無線BMS的理想選擇。隨著電動汽車普及，基于藍(lán)牙的無線BMS將在確保這些車輛的卓越性能和安全性方面發(fā)揮重要作用。

CEVA是可集成到SoC的藍(lán)牙平臺IP解決方案的領(lǐng)先提供商，迄今為止，為物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、可聽設(shè)備、智能家居、手機(jī)、工業(yè)和汽車等各個細(xì)分市場的數(shù)十億藍(lán)牙設(shè)備提供支持。CEVA提供藍(lán)牙LE和雙模IP平臺，包括基帶控制器、無線電和完整軟件協(xié)議棧，以及用于滿足大量應(yīng)用需求的完整應(yīng)用文件列表。

本文作者：Franz Dugand, Senior Director of Sales and Marketing, Wireless IoT BU, CEVA

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