隨著汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，新能源汽車發(fā)展的長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)凸顯，新能源汽車替代傳統(tǒng)燃油車成為大勢(shì)所趨。然而目前在生活中去問(wèn)“你現(xiàn)在會(huì)買新能源汽車嗎？”，依然有很多消費(fèi)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(méi)了和觸目驚心的自燃甚至爆炸都是駕駛者無(wú)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(dòng)汽車的安全事故大幅降低，主機(jī)廠都為他們的電動(dòng)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(dòng)力電池的中樞，BMS負(fù)責(zé)管理、維護(hù)、監(jiān)控電池各個(gè)模塊，肩負(fù)著防止電池過(guò)充過(guò)放電、延長(zhǎng)電池使用壽命、幫助電池正常運(yùn)行的重任。BMS作為銜接電池組、整車系統(tǒng)和電機(jī)的重要紐帶，對(duì)電動(dòng)汽車的安全至關(guān)重要。然而如今看來(lái)并沒(méi)有一勞永逸，有了BMS，電動(dòng)汽車冒煙、自燃甚至爆炸事故依然在發(fā)生。

這里有個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)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(wèn)題給汽車BMS帶來(lái)了很大的隱患。近日，TI針對(duì)電動(dòng)汽車BMS領(lǐng)域宣布了一項(xiàng)重大進(jìn)展，發(fā)布了業(yè)界首個(gè)通過(guò)汽車功能安全管理體系A(chǔ)SIL D認(rèn)證的無(wú)線BMS解決方案。

TI的無(wú)線BMS

在TI無(wú)線BMS新品發(fā)布會(huì)上，德州儀器 (TI) 中國(guó)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(dòng)汽車BMS當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)總結(jié)為四點(diǎn)：

第一、每節(jié)電池都必須通過(guò)電纜連接到一個(gè)調(diào)節(jié)電量表現(xiàn)的監(jiān)控器；

第二、由于電纜故障而進(jìn)行的保修費(fèi)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(huì)在電池管理中造成電纜布置復(fù)雜且龐大。

“當(dāng)采用無(wú)線方案把電纜替代掉之后，省出來(lái)的空間可以放更多電芯，進(jìn)一步提高整個(gè)電池包的體積能量密度?！睅熡⒈硎?，“TI在設(shè)計(jì)無(wú)線BMS方案時(shí)充分考慮了在系統(tǒng)級(jí)來(lái)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(shí)讓整車系統(tǒng)更加便于維護(hù)?！?/p>

TI的無(wú)線BMS解決方案包括SimpleLink CC2662R-Q1無(wú)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(biāo)準(zhǔn)的基于Arm Cortex-M4 的無(wú)線MCU，片上集成了射頻子系統(tǒng)，可以在2.4GHz帶寬上實(shí)現(xiàn)短距離的無(wú)線通訊。同時(shí)在芯片里也集成了專有無(wú)線協(xié)議棧，可以快速組成無(wú)線BMS網(wǎng)絡(luò)。

BQ79616是一個(gè)系列芯片，有不同的通道數(shù)選擇。BQ79616是16個(gè)通道，TI同時(shí)提供有引腳和軟件兼容的12個(gè)通道、14個(gè)通道和16個(gè)通道，可以給用戶提供最大的設(shè)計(jì)的靈活性，幫助其在系統(tǒng)上降低成本。師英舉例說(shuō)明，假如有一個(gè)電池包的模組要求是28個(gè)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(gè)通道。實(shí)際只需要28個(gè)通道，這樣有4個(gè)通道就是浪費(fèi)的，是額外被浪費(fèi)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(gè)28通道模組，沒(méi)有任何一個(gè)通道被浪費(fèi)掉，來(lái)幫助節(jié)省系統(tǒng)成本。

師英強(qiáng)調(diào)，BQ79616系列芯片都是在芯片元器件級(jí)別就符合ISO 26262 SüD級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)，因此在通信、電芯溫度、電芯電壓測(cè)量等功能方面都可以達(dá)到SüD級(jí)別。

TI無(wú)線BMS亮點(diǎn)

談及相比市場(chǎng)同類產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，師英指出，TI的無(wú)線BMS有兩個(gè)最大的特點(diǎn)：

第一，無(wú)線BMS這套網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是TI考察了無(wú)線BMS面臨的具體應(yīng)用環(huán)境之后，專門針對(duì)無(wú)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(jì)之初就考慮了ISO  26262 SüD的設(shè)計(jì)過(guò)程和功能安全目標(biāo)，因此在整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中都是考慮了ISO 26262 SüD要求來(lái)完成這套設(shè)計(jì)的。

關(guān)于可靠性，要提到汽車內(nèi)無(wú)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(shí)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(wú)線BMS設(shè)計(jì)的一個(gè)無(wú)線通訊協(xié)議棧。這套協(xié)議中的網(wǎng)絡(luò)可用性高達(dá)99.999%，即便是99.999%之外的故障也有快速診斷和恢復(fù)機(jī)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(guò)300ms即可重新啟動(dòng)和建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

在無(wú)線通信協(xié)議棧里，時(shí)隙化的通信設(shè)計(jì)可以極大地提高數(shù)據(jù)吞吐率和降低每個(gè)節(jié)點(diǎn)間的通信延遲，從而進(jìn)一步保護(hù)數(shù)據(jù)不丟失，而且不被損壞?？梢宰龅?.2Mbps的數(shù)據(jù)吞吐量，每個(gè)節(jié)點(diǎn)延遲不超過(guò)2ms。同時(shí)，可以快速精確地向電池主單元MCU發(fā)送誤差不超過(guò)±2mV電壓數(shù)據(jù)和電芯溫度數(shù)據(jù)，而且整個(gè)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(guò)獨(dú)特的密鑰交換和刷新機(jī)制，以及獨(dú)特的器件認(rèn)證和調(diào)試安全及其他保護(hù)，能夠讓整個(gè)無(wú)線BMS系統(tǒng)在信息安全上也有出色表現(xiàn)，不會(huì)被一些信息安全的攻擊所攻破。

在擴(kuò)展性方面，基于BQ79616和CC2662這兩個(gè)芯片搭建的無(wú)線BMS方案上，從可擴(kuò)展性方面可以達(dá)到最多支持100多個(gè)節(jié)點(diǎn)，無(wú)線BMS的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的節(jié)點(diǎn)容量可以到100個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)小于2ms的通信數(shù)據(jù)延遲，并且因?yàn)楝F(xiàn)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都是無(wú)線連接的，省去了原來(lái)復(fù)雜和昂貴的除電纜之外的隔離電路，可以降低整個(gè)BMS系統(tǒng)的成本。

無(wú)線BMS是趨勢(shì)

BMS的發(fā)展一定是圍繞著使電動(dòng)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(wàn)邦 (Mark Ng)認(rèn)為：“無(wú)線BMS肯定是符合BMS的趨勢(shì)，當(dāng)然所有的BMS系統(tǒng)不會(huì)都轉(zhuǎn)到無(wú)線 BMS，但很多OEM（原始設(shè)備制造商）已經(jīng)在考慮無(wú)線BMS，因?yàn)樗膬?yōu)勢(shì)是很明確的?，F(xiàn)在很多OEM沒(méi)有用到無(wú)線BMS是因?yàn)樗麄儧](méi)有找到一個(gè)好的方法，市場(chǎng)上已有的無(wú)線協(xié)議僅在軟件上面進(jìn)行考慮，TI 的BMS從電池的方案著手，在BMS 協(xié)議上來(lái)解決的。”

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(wú)線解決方案的時(shí)候，最大的一個(gè)轉(zhuǎn)變就是需要一個(gè)學(xué)習(xí)曲線，需要去重新學(xué)習(xí)這一套無(wú)線BMS整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)的考慮。師英介紹道：“TI在這個(gè)方面可以幫助客戶工程師，TI的無(wú)線 BMS系統(tǒng)從硬件到軟件，整個(gè)的參考設(shè)計(jì)已經(jīng)做得非常完善。所以基于TI的參考設(shè)計(jì)，只需要花很短的時(shí)間，把自己的應(yīng)用搭建在TI的參考設(shè)計(jì)上就可以了?！?/p>

目前無(wú)線BMS開發(fā)套件SDK可以在TI官網(wǎng)免費(fèi)下載。CC2662和BQ79616都已量產(chǎn)，在TI官網(wǎng)上可以進(jìn)行購(gòu)買。在供貨方面，師英介紹，TI 絕大部分的產(chǎn)品是從14個(gè)全球化的工廠里制造和生產(chǎn)的。為了保證汽車電子市場(chǎng)的供應(yīng)，對(duì)于汽車產(chǎn)品，在新產(chǎn)品開發(fā)到轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)的時(shí)候都會(huì)為它設(shè)計(jì)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(chǎng)平均表現(xiàn)。