關(guān)于無線BMS的應(yīng)用分析

一、為什么選用無線BMS？

1、結(jié)構(gòu)上更安全

從現(xiàn)在開始，我們無需再為鋰電池組的PACK焊接電壓采集信號(hào)線而煩惱。只需將它們串聯(lián)或并聯(lián)連接即可，大大減少了配線的復(fù)雜性。此外，更重要的是，這種連接方式避免了由于線束問題所帶來的各種隱患。

2、能量密度提升

減少鋰電池組的線束，使電池組空間利用效率提高，重量、體積都得到改善，能量密度也提高了。

3、整體PACK的成本降低

減少了線束連接插件，監(jiān)控模塊等等部件的成本。

4、更智能化更簡易化

通過CAN總線通訊，無線傳輸，對(duì)監(jiān)控管理電池組的電壓、SOC、電流、溫度、運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)更加智能化了。無線BMS可以收集電池的數(shù)據(jù)，不僅可以預(yù)測電池的性能，還可以跟蹤監(jiān)測到整車生產(chǎn)、倉儲(chǔ)運(yùn)輸、售后維護(hù)、電池回收等等，整個(gè)鋰電池組的生命周期都將數(shù)據(jù)化。

二、無線BMS哪些難關(guān)或挑戰(zhàn)？

無線電池管理系統(tǒng)(wBMS)的新時(shí)代，安全任務(wù)成為焦點(diǎn)。只有在從設(shè)備到網(wǎng)絡(luò)以及電動(dòng)汽車電池的整個(gè)生命周期都能確保安全的情況下，才能實(shí)現(xiàn) wBMS 技術(shù)的全部優(yōu)勢。從這個(gè)角度來看，安全性需要系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)理念，包括流程和產(chǎn)品。

1、無線BMS應(yīng)用到整個(gè)電池組PACK中，它的電磁兼容性是個(gè)難關(guān)。

2、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(shí)對(duì)鋰電池組做出保護(hù)響應(yīng)，隱患無窮。

三、以T1為例：無線BMS的本質(zhì)是什么

無線BMS的本質(zhì)是用無線通信的技術(shù)，減少了從控CSU之間、從控與主控BMS之間的連接線，而電壓&溫度的采樣、以及將電壓和溫度傳送至從控CSU的方案不受影響；此外，BMS與繼電器、Pyrofuse、整車VCU之間的控制連接線也不受影響，這些地方當(dāng)前主流的方案均可使用。

這點(diǎn)可以從AD的方案中看出，如下，左圖是當(dāng)前常規(guī)型BMS，右圖是無線BMS方案。

減少的是模組Module與從控CSU之間的灰色線、CSU之間與CSU和主控BMS之間的藍(lán)色線（菊花鏈）。從TI的示例中也可以看出，所替代的僅是上圖（常規(guī)BMS）中的虛線部分。

如果想要擺脫那些繁瑣的線束，就需要依靠無線通信技術(shù)。這種技術(shù)通過一個(gè)小巧的無線芯片來實(shí)現(xiàn)，它能夠與現(xiàn)有的采集芯片和主控器芯片無縫集成，從而組成全新的BMS板。換句話說，我們可以通過這種無線通信技術(shù)來簡化電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

以TI的無線BMS方案為例，主要由兩部分構(gòu)成，一個(gè)是負(fù)責(zé)電芯電壓和溫度采樣的監(jiān)控&均衡從控模塊CSU，一個(gè)是主控單元。

監(jiān)控&均衡的模塊由采集芯片BQ79616-Q1+無線通信芯片CC2662R-Q1構(gòu)成，BCU部分也是加上了無線通信芯片CC2662R-Q1。

其中，采集芯片BQ79616-Q1與現(xiàn)在常規(guī)的BMS采集芯片類似，主要組成如下，最低采集6串電芯，可支持到12串、14串、16串。TI的這款芯片有個(gè)特別之處，在于它宣稱可以在硬件水平上做到功能安全ASIL D的等級(jí)，而不需要軟件再去做相應(yīng)的安全開發(fā)。

無線通信芯片CC2662R-Q1的構(gòu)成如下，它是TI自己開發(fā)的一個(gè)芯片，最主要的是它的通信協(xié)議也是自己開發(fā)的。

由于沒有線束這種實(shí)物連接的存在，主控MCU和從控CSU之間無需再做額外的電絕緣處理，這進(jìn)一步減少了無線BMS在硬件電路上的元器件成本，和設(shè)計(jì)組裝的復(fù)雜性。

四、有沒有必要采用無線BMS

有必要上無線BMS嗎？

就目前的BMS方案來看，我覺得不一定，主要還是成本。

首先，無論AD也好，還是TI也好，在對(duì)比當(dāng)前BMS方案時(shí)，所對(duì)比的是非常久遠(yuǎn)的方案：有長長的線束、有錯(cuò)綜復(fù)雜的布置，但實(shí)際上它僅僅是減少從控、主控之間的連接，其他領(lǐng)域的連接技術(shù)已經(jīng)進(jìn)化了，比如現(xiàn)在用FPC代替采樣、或是直接將采集板與電芯布置在一起，用busbar等完成采樣或直接與電芯接觸（代表的案例是Model S Plaid、漢EV CTP、MODEL 3/Y），但這些位置的線束，并不是因?yàn)椴捎昧藷o線BMS而省掉的。

由于現(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，不再是復(fù)雜的設(shè)計(jì)，只是無法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。

下面看下無線BMS的優(yōu)缺點(diǎn)（下圖來自于TI官網(wǎng)），表格中有一個(gè)重要因素沒有考慮，即成本；目前大家看到無線BMS在電動(dòng)汽車上面沒有廣泛地推廣起來（基本大家都在觀望和預(yù)研），其重要的原因就是成本問題。

前面提到過，無線BMS方案增加了一個(gè)無線的MCU，它的成本現(xiàn)階段還不能被減少網(wǎng)絡(luò)變壓器與線束來吸收掉。

另一個(gè)方面，無線BMS在模組技術(shù)時(shí)代，能更好地應(yīng)用于電池包退役后的梯次利用（模組級(jí)別），但隨著電池包更高的集成度，模組時(shí)代也正在被淘汰，一切都還有太多的不確定因素。

“單從技術(shù)角度來看，無線BMS無疑是值得研究的，不僅僅是零部件廠家，整車企業(yè)、電池企業(yè)包括寧德時(shí)代都在研究；但從商業(yè)和產(chǎn)業(yè)化角度來看，這最終仍是個(gè)成本與收益的較量，在現(xiàn)行的BMS集成方案上，看不到無線所代來的顯著優(yōu)勢?！?/p>

五、無線BMS哪些方案

要說能夠?qū)崿F(xiàn)無線連接的技術(shù)，其實(shí)不在少數(shù)，不管是藍(lán)牙、Zigbee、Thread還是Wi-Fi、專有2.4GHz都能實(shí)現(xiàn)。在無線產(chǎn)品市場我們可以找到很多支持不同連接協(xié)議的產(chǎn)品。

大家之前都接觸過各種廠家的無線BMS實(shí)現(xiàn)方案，如TI的無線介紹：舉個(gè)具體的例子，TI無線方案實(shí)現(xiàn)方式如下（圖片來自于TI官網(wǎng)），每一個(gè)采集板上面有AFE進(jìn)行正常的電芯監(jiān)控，然后采集板與主控板之間通過無線方式進(jìn)行連接。

無線BMS解決方案主要目標(biāo)是將BMS的采集板與控制板之間的通信做成無線的方式，下圖為菊花鏈通信與無線通信的架構(gòu)對(duì)比（來自于TI官網(wǎng)）：

目前電動(dòng)汽車上的BMS方案中，采集板與控制板之間主要是菊花鏈通信，具體協(xié)議與每個(gè)廠家的AFE綁定，但對(duì)外都是差分通信的形式，還需要網(wǎng)絡(luò)變壓器做隔離傳輸；換成無線方案后，采集板可以去掉網(wǎng)絡(luò)變壓器、信號(hào)連接器以及線束，但新增了無線的MCU，如下圖TI方案中的CC2662，另外無線協(xié)議目前看也是與每個(gè)廠家綁定的，相互之間不兼容。

可以提供無線BMS方案的廠家目前已經(jīng)有很多了，例如TI、ADI、偉世通等等，針對(duì)具體無線的協(xié)議細(xì)節(jié)本文就不展開了；另外還見過一家名叫Dukosi的無線BMS方案很特別，它們利用近場無線通信（NFC）技術(shù)，采集板、控制板背面靠近同一條線即可建立通信，而這條線與單板之間是非電氣式接觸的形式。

不過無線BMS現(xiàn)階段確實(shí)有量產(chǎn)的應(yīng)用場合，在華為的基站儲(chǔ)能中使用過一個(gè)名字叫做iBAT的產(chǎn)品，它就是一個(gè)無線的BMS采集板，每個(gè)采集板采集對(duì)象是鉛酸電池，可以看到單板為12V供電，來自于電池本身。

其內(nèi)部PCBA如下圖所示，單板上面只有一個(gè)采樣輸入連接器，對(duì)外的通信方式為ZigBee無線通信，單板上面還可以看到PCB走線天線，使用了TI的CC2538無線MCU。

華為的這種應(yīng)用中，由于每一個(gè)鉛酸電池尺寸比較大，成組不容易，所以每個(gè)電池都配置了各自的采集器，這樣的話通信線束的規(guī)模一下子就上來了，所以這里選用無線BMS方案更有優(yōu)勢。

從上面可以看到，如果后面有一種應(yīng)用需要對(duì)每一節(jié)電芯都布置單獨(dú)的采集板，此時(shí)使用無線BMS的優(yōu)勢就完全體現(xiàn)出來了；例如大唐NXP一直在推廣的單節(jié)電芯采樣芯片DNB1168（圖片來自于大唐NXP官網(wǎng)），它只針對(duì)單節(jié)電芯進(jìn)行采樣，并且具有電化學(xué)阻抗測量功能，但是這樣的話AFE之間通信的線束就會(huì)很多，所以使用無線通信方案是好的選擇。

除此之外，隨著技術(shù)的演進(jìn)，相信無線芯片的成本也會(huì)降下來；現(xiàn)在也有一些公司在努力把AFE與無線通信功能做到一起，這也可能會(huì)帶來成本的降低。

特普生的儲(chǔ)能熱管理業(yè)務(wù)：自主研制NTC芯片與溫感件的儲(chǔ)能CCS

深圳市特普生科技有限公司，成立于2011年，是國家高新技術(shù)、專精特新企業(yè)。公司主要研制NTC芯片、熱敏電阻、溫度傳感器、儲(chǔ)能/新能源車線束、儲(chǔ)能CCS集成采集母排（含F(xiàn)PC、PCB與線束方案）等溫度采集產(chǎn)品方案。

特普生競爭力優(yōu)勢明顯：自主研制NTC芯片核心技術(shù)及實(shí)現(xiàn)醫(yī)用/軍用0.3%精度；專利百項(xiàng)，保留不公開技術(shù)2項(xiàng)；為越來越多中頭部客戶實(shí)現(xiàn)了溫度采集方案的一體化研制、一致性品質(zhì)！

未來展望

短期來看，液冷系統(tǒng)具有更高的制冷效率、更高的容量兼容度和更低的占地面積等優(yōu)勢，預(yù)計(jì)將逐漸取代風(fēng)冷系統(tǒng)成為儲(chǔ)能行業(yè)的主流。那些具備液冷產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的廠商在技術(shù)和客戶獲取方面將擁有先發(fā)優(yōu)勢。下游的儲(chǔ)能集成商和電池廠商市場格局相對(duì)穩(wěn)定，2021年儲(chǔ)能系統(tǒng)出貨量排名前十的廠商占據(jù)了47.2%的市場份額（國內(nèi)），綜合服務(wù)能力強(qiáng)、與大客戶的黏性高的熱管理企業(yè)將具有更大的潛力和優(yōu)勢。

中期來看，我國儲(chǔ)能領(lǐng)域的資質(zhì)認(rèn)證體系尚未完善，儲(chǔ)能熱管理方面還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。下游客戶的需求多樣化，因此那些具備快速響應(yīng)能力和柔性定制能力的熱管理廠商將處于領(lǐng)先地位，并且能夠占據(jù)更多的市場份額。

長期來看，海外已經(jīng)建立了國際IEC、歐盟CE、歐洲VDE、美國UL、澳洲CEC、日本JIS、聯(lián)合國UN38.3等儲(chǔ)能領(lǐng)域的資質(zhì)認(rèn)證體系。預(yù)計(jì)未來，我國將在頭部儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商的帶領(lǐng)下逐漸形成熱管理體系的標(biāo)準(zhǔn)化方案。因此，那些具備穩(wěn)定的模塊化生產(chǎn)能力的廠商將長期受益于市場發(fā)展。

作者簡介

吳憨子：傳感器應(yīng)用營銷老師。投資及擔(dān)任森霸傳感、特普生傳感應(yīng)用營銷顧問，歡迎交流傳感器應(yīng)用與投融資

審核編輯 黃宇