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無線BMS的優勢與趨勢

發布人:電纜寶dianlanbao 發布日期:2021-01-22來源:電纜寶閱讀數:21分享到:

  隨著汽車電動化和智能化的發展,各部件環節開始加快從機械系統向電子系統的轉換。

  以BMS(電池管理系統)領域為例,其主要作用是通過對電壓、電流、溫度的測量來實時監控電池狀態信息,分析電池安全性能、優化電池能量控制和延長電池使用壽命等。目前有線BMS架構采用基于菊花鏈配置的線束來連接電池組,整體占用空間大,制造工藝繁瑣,難以滿足電池持續實時監測的需求,且維修難度高。

  隨著人們對新能源汽車續航能力以及電池安全性的重視程度不斷提高,無線BMS成為了技術研發和應用的重要方向,取代了電池組和電池管理系統之間的傳統有線連接,逐步從早期的研發階段開始步入產業化。

分布式BMS

  在此背景下,德州儀器 (TI)近日發布了無線BMS解決方案:CC2662R無線MCU、BQ79616-Q1電池監控器和平衡器。

  展示了如何幫助車輛設計師們減少繁重、昂貴且需要頻繁維護的布線,并在全球范圍內提高電動汽車的可靠性和效率。

  無線BMS的優勢

  如何提高電動汽車的續航能力,是當前最主要的技術難題之一,而電池管理系統的創新正是突破該難題的核心。無線BMS為提高汽車的效率和可靠性提供了可行性的方法,成為了整車廠和電池提供商關注的焦點。

  無線BMS技術采用無線通訊方案與電池監測器協同工作,可將電壓、電流和溫度數據從每個電池單元傳遞到系統中的主控制器。與傳統的BMS傳輸方式相比,無線通信BMS方式功耗低,可擴展性強,減少線纜和連接器,簡化PACK結構,提升整包能量密度,主從板間無高壓風險,可以大幅度提高電池管理的可靠性、精度,降低整體成本。

  TI中國區嵌入式與數字光處理應用技術總監師英介紹了無線BMS的優勢,以及TI 新發布的兩個核心器件。

  更簡單可靠:無論是CAN總線還是isoSPI總線,都采用菊花鏈方式將電池監控芯片串聯起來,一旦某處連接出現問題,將給整個系統帶來風險,且線束修復困難。無線BMS可以減少接插件失效風險,單點的失效對整體的影響有限,并且對于在網絡中新節點的添加和刪除也比較靈活。

  TI的無線BMS解決方案,已通過汽車制造商符合汽車安全完整性等級ASIL D認證,以及更高水準的國際標準化組織(ISO)26262認證。采用專為無線BMS使用案例開發的新無線協議,解決了通信錯誤檢測和安全問題,網絡可用性超過99.999%和300ms的網絡重啟更大可用性。

  此外,該無線MCU可提供高吞吐量和低延遲的專用時隙以防止數據丟失或損壞,同時使多個電池單元能夠以±2mV的精度向主MCU發送電壓和溫度數據,且網絡數據包錯誤率小于10-7。

  除了這些網絡可用性和功能的安全方面之外,在系統信息安全方面設置了獨有的密鑰交換和刷新功能,器件之間的互相認證以及調試安全等,這些都是基于AES128位加密處理器的基礎之上,用軟件來實現。

  更智能更靈活:無線連接方案使得電池組位置擺放更加靈活,同時具備更好的可擴展性,可根據應用需求容易地增加溫度、電流等更多的傳感器,能夠具備時間同步上的優勢。

  考慮到汽車制造商的長期設計需求,TI的無線BMS技術具有更高的可擴展性。確定性協議可提供市場上更高的吞吐量,使汽車制造商能夠在不同的電池配置下(如具有32、48和60個電池單元的系統等),將采用單個無線片上系統的電池模塊與多個BQ79616-Q1電池監控器相連。每個節點的測量均可實現時間同步。

  輕量化及成本降低:目前電池系統成本占據整車成本較高,電池管理系統BMS占據電池組總成本的30%左右。因此,降低BMS成本對降低電池系統成本很重要。

  無線BMS方案中固有電纜和線束量的減少在節約成本的同時也滿足了汽車輕量化的趨勢;同時,無線方式降低了組裝成本,隨著未來無線BMS產品大批量量產,規模生產化有效降低成本。

  降低PACK復雜度:無線BMS減去了線束,在降成本和輕量化之外,另一方面也使得module獨立性更強,在系統集成制造、甚至梯次利用上都更為便利。

  TI的CC2662R-Q1無線MCU獨立于各個電池單元監控裝置之外,不再需要菊花鏈隔離組件。BQ79616-Q1電池監控器和平衡器在同一封裝類型中提供不同的通道選項,同時提供了引腳對引腳的兼容性,并支持在任何平臺上完全重復使用既有的軟件和硬件。

  主機廠對于動力電池的輕量化、降成本等需求正在變的越來越敏感,這給了無線BMS技術更快商業化的機會。無線BMS技術的優勢正在越來越凸顯。

  趨勢下的挑戰

  回顧無線BMS的發展歷程,早在2016年業界就曾展示了業界首款搭載無線BMS的概念車,通過電池組監視器及無線網格網絡產品在車上進行整合,取代了電池組和電池管理系統之間的傳統有線連接。

  2017年及以后,行業廠商陸續著眼于直接從電芯采集、處理和存儲數據,向PACK層面實時傳遞數據,以降低PACK的復雜度,改善測量精度。玩家不斷入局,行業競爭隨之加劇。

  那么相比行業其他廠商和方案,TI的無線BMS解決方案存在哪些優勢?

  盡管無線通信已在各類應用中替代了電纜,但是要考慮的一個關鍵點是無線鏈路和網絡的可靠性。師英指出,TI是業內首個通過TüV SüD認證、實現ASIL D功能安全系統的先進無線BMS方案,進行了設計功能安全認證的考慮。以此來贏得客戶更多的信任,以及幫助客戶系統快速通過認證流程。

  同時,TI還充分考察了無線BMS應用環境,專門打造了無線網絡協議棧,可提供超過99.999%的網絡可用性,在300ms最大可用性內重新啟動網絡;此外,專用時隙可提供高吞吐量和低延遲,進一步保護數據免受丟失或損壞,可使多個電池單元向主MCU發送±2mV精度的電壓數據和溫度數據,且網絡數據包錯誤率小于10-7。

  一系列優勢背后,是TI幫助OEM快速建造可靠高效的電動汽車的決心和行動所在。

  隨著人們對電動汽車續航能力以及電池安全性重視程度的不斷提高,無線BMS技術迅速發展,市場規模不斷擴大。上游芯片原廠對于電子電控技術較為了解和熟悉,擁有較為完整的電子電控的專業開發體系,提供解決方案以供Tier1廠商或OEM根據自己的需求來進行設計。

  那么對于工程師來講,傳統有線BMS變到無線方案的過程中,在進行系統設計時需要重新學習這一套無線BMS系統的設計和開發,這是任何一個新的設計任務都會面臨的問題。

  對此,TI解決方案提供硬件和相應配套軟件去支持客戶和工程師形成系統可用的量產方案,以此幫助客戶快速的走向市場。

  結語

  市場調研公司Strategy Analytics預測,到2026年將有3600萬輛電動汽車上路行駛,電動汽車正在成為汽車產業的未來。

  隨著新能源汽車保有量的迅速增加以及動力電池企業擴產速度的加快,BMS在保障動力電池安全及壽命的核心地位越來越被認可。未來BMS市場將會加速爆發,貫通BMS研發試驗、生產制造、梯次利用和電池數據等環節的企業將更有競爭力。

  無線BMS技術憑借諸多優勢,期待給電動汽車行業帶來新的變革。

(文章來源:與非網)

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