隨著汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，新能源汽車發(fā)展的長期優(yōu)勢凸顯，新能源汽車替代傳統(tǒng)燃油車成為大勢所趨。然而目前在生活中去問“你現(xiàn)在會買新能源汽車嗎？”，依然有很多消費者給出否定答案，原因主要集中在“里程焦慮”和“整車安全”兩方面，畢竟汽車行駛到半路電沒了和觸目驚心的自燃甚至爆炸都是駕駛者無法承受之痛！
為了能夠有效規(guī)避充電導(dǎo)致的起火，將電動汽車的安全事故大幅降低，主機廠都為他們的電動汽車配備了電池管理系統(tǒng)BMS（Battery Management System）。作為管理和監(jiān)控動力電池的中樞，BMS負責管理、維護、監(jiān)控電池各個模塊，肩負著防止電池過充過放電、延長電池使用壽命、幫助電池正常運行的重任。BMS作為銜接電池組、整車系統(tǒng)和電機的重要紐帶，對電動汽車的安全至關(guān)重要。然而如今看來并沒有一勞永逸，有了BMS，電動汽車冒煙、自燃甚至爆炸事故依然在發(fā)生。
這里有個關(guān)鍵點是目前上路行駛的新能源汽車BMS基本上都采用的是有線連接的方式，線纜連接問題給汽車BMS帶來了很大的隱患。近日，TI針對電動汽車BMS領(lǐng)域宣布了一項重大進展，發(fā)布了業(yè)界首個通過汽車功能安全管理體系A(chǔ)SIL D認證的無線BMS解決方案。
TI的無線BMS
在TI無線BMS新品發(fā)布會上，德州儀器 (TI) 中國區(qū)嵌入式與數(shù)字光處理應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)師英 (Jerry Shi)將電動汽車BMS當前面臨的挑戰(zhàn)總結(jié)為四點：
第一、每節(jié)電池都必須通過電纜連接到一個調(diào)節(jié)電量表現(xiàn)的監(jiān)控器；
第二、由于電纜故障而進行的保修費用很高，更換電池也很昂貴；
第三、線束和連接器是導(dǎo)致電纜故障的常見原因；
第四、為了使電纜連接更可靠，需要采用重型銅線，而這會在電池管理中造成電纜布置復(fù)雜且龐大。
“當采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，進一步提高整個電池包的體積能量密度?！睅熡⒈硎?，“TI在設(shè)計無線BMS方案時充分考慮了在系統(tǒng)級來解決一些技術(shù)難題，最終增加車輛續(xù)航里程，提高整車性能和安全性，同時讓整車系統(tǒng)更加便于維護?！?/p>
TI的無線BMS解決方案包括SimpleLink CC2662R-Q1無線MCU、BQ79616-Q1電池監(jiān)控器和平衡器。
SimpleLink CC2662R-Q1是一顆符合AEC-Q100標準的基于Arm Cortex-M4 的無線MCU，片上集成了射頻子系統(tǒng)，可以在2.4GHz帶寬上實現(xiàn)短距離的無線通訊。同時在芯片里也集成了專有無線協(xié)議棧，可以快速組成無線BMS網(wǎng)絡(luò)。
BQ79616是一個系列芯片，有不同的通道數(shù)選擇。BQ79616是16個通道，TI同時提供有引腳和軟件兼容的12個通道、14個通道和16個通道，可以給用戶提供最大的設(shè)計的靈活性，幫助其在系統(tǒng)上降低成本。師英舉例說明，假如有一個電池包的模組要求是28個電芯，假如用16通道的芯片，就只能用兩片16通道芯片，也就是32個通道。實際只需要28個通道，這樣有4個通道就是浪費的，是額外被浪費掉的成本。而BQ79616和BQ79612這兩顆芯片是硬件、引腳和軟件都兼容的，所以可以用一片BQ79616加上一片BQ79612，正好拼成一個28通道模組，沒有任何一個通道被浪費掉，來幫助節(jié)省系統(tǒng)成本。
師英強調(diào)，BQ79616系列芯片都是在芯片元器件級別就符合ISO 26262 SüD級別的標準，因此在通信、電芯溫度、電芯電壓測量等功能方面都可以達到SüD級別。
TI無線BMS亮點
談及相比市場同類產(chǎn)品的優(yōu)勢，師英指出，TI的無線BMS有兩個最大的特點：
第一，無線BMS這套網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是TI考察了無線BMS面臨的具體應(yīng)用環(huán)境之后，專門針對無線BMS所打造的一套網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧；
第二，這套方案在設(shè)計之初就考慮了ISO 26262 SüD的設(shè)計過程和功能安全目標，因此在整個設(shè)計環(huán)節(jié)中都是考慮了ISO 26262 SüD要求來完成這套設(shè)計的。
關(guān)于可靠性，要提到汽車內(nèi)無線BMS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。這是TI分析了汽車內(nèi)部的實際的應(yīng)用環(huán)境，具體考察了可能面臨的很多干擾和挑戰(zhàn)，專門為無線BMS設(shè)計的一個無線通訊協(xié)議棧。這套協(xié)議中的網(wǎng)絡(luò)可用性高達99.999%，即便是99.999%之外的故障也有快速診斷和恢復(fù)機制，可以讓網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)到安全通訊的狀況下，在任何情況下不超過300ms即可重新啟動和建立無線網(wǎng)絡(luò)。
在無線通信協(xié)議棧里，時隙化的通信設(shè)計可以極大地提高數(shù)據(jù)吞吐率和降低每個節(jié)點間的通信延遲，從而進一步保護數(shù)據(jù)不丟失，而且不被損壞。可以做到1.2Mbps的數(shù)據(jù)吞吐量，每個節(jié)點延遲不超過2ms。同時，可以快速精確地向電池主單元MCU發(fā)送誤差不超過±2mV電壓數(shù)據(jù)和電芯溫度數(shù)據(jù)，而且整個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的誤碼率小于10-7。
在信息安全方面，TI通過獨特的密鑰交換和刷新機制，以及獨特的器件認證和調(diào)試安全及其他保護，能夠讓整個無線BMS系統(tǒng)在信息安全上也有出色表現(xiàn)，不會被一些信息安全的攻擊所攻破。
在擴展性方面，基于BQ79616和CC2662這兩個芯片搭建的無線BMS方案上，從可擴展性方面可以達到最多支持100多個節(jié)點，無線BMS的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的節(jié)點容量可以到100個節(jié)點，每個節(jié)點小于2ms的通信數(shù)據(jù)延遲，并且因為現(xiàn)在每個節(jié)點之間都是無線連接的，省去了原來復(fù)雜和昂貴的除電纜之外的隔離電路，可以降低整個BMS系統(tǒng)的成本。
無線BMS是趨勢
BMS的發(fā)展一定是圍繞著使電動汽車擁有更高的效率、更安全、有更高的續(xù)航里程。德州儀器 (TI) 系統(tǒng)工程經(jīng)理吳萬邦 (Mark Ng)認為：“無線BMS肯定是符合BMS的趨勢，當然所有的BMS系統(tǒng)不會都轉(zhuǎn)到無線 BMS，但很多OEM（原始設(shè)備制造商）已經(jīng)在考慮無線BMS，因為它的優(yōu)勢是很明確的。現(xiàn)在很多OEM沒有用到無線BMS是因為他們沒有找到一個好的方法，市場上已有的無線協(xié)議僅在軟件上面進行考慮，TI 的BMS從電池的方案著手，在BMS 協(xié)議上來解決的?！?/p>
目前傳統(tǒng)的BMS都是基于有線通信的BMS系統(tǒng)，工程師要遷移到無線解決方案的時候，最大的一個轉(zhuǎn)變就是需要一個學習曲線，需要去重新學習這一套無線BMS整個系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)的考慮。師英介紹道：“TI在這個方面可以幫助客戶工程師，TI的無線 BMS系統(tǒng)從硬件到軟件，整個的參考設(shè)計已經(jīng)做得非常完善。所以基于TI的參考設(shè)計，只需要花很短的時間，把自己的應(yīng)用搭建在TI的參考設(shè)計上就可以了。”
目前無線BMS開發(fā)套件SDK可以在TI官網(wǎng)免費下載。CC2662和BQ79616都已量產(chǎn)，在TI官網(wǎng)上可以進行購買。在供貨方面，師英介紹，TI 絕大部分的產(chǎn)品是從14個全球化的工廠里制造和生產(chǎn)的。為了保證汽車電子市場的供應(yīng)，對于汽車產(chǎn)品，在新產(chǎn)品開發(fā)到轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)的時候都會為它設(shè)計兩條互相備份的產(chǎn)品線。到目前為止，TI的供貨依舊好于市場平均表現(xiàn)。