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技術(shù)交流

Technology Exchange
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關(guān)于BMS的新技術(shù)進(jìn)展

發(fā)布時間:2024-01-05作者來源:薩科微瀏覽:1623


新能源BMS行業(yè)應(yīng)用一直嘗試著新技術(shù),比如各CELL間無源向著有源(主動)均衡鉗位,菊鏈間的有線向無線通信,各極耳間NTC多線束向溫控IC單總線監(jiān)測等”

“國產(chǎn)品已經(jīng)用越級產(chǎn)品的價格打降級的同等器件在” “國產(chǎn)替代不是強(qiáng)需求,國產(chǎn)spec創(chuàng)造才是需求,做一樣的東西沒太大意思。”

 “平替uncovered且成熟的市場,無論是風(fēng)險(xiǎn)還是推廣成本都要小很多. 破壞性創(chuàng)新還是需要有吃飽或起碼溫飽且有一定新技術(shù)開發(fā)實(shí)力的公司承載。90%企業(yè)甚至更多還是想法先掙快錢和活下去” “人口基數(shù)太大了,這還沒算上電路應(yīng)用行業(yè)、芯片分銷及周邊相關(guān)行業(yè)。理解的是不僅僅是需要理念上的純破壞性創(chuàng)新,還需要市場前期推廣,產(chǎn)品設(shè)計(jì)可接受度,資金鏈支持,上下游供應(yīng)鏈配合等等都太需要時間“”

“磁隔器件,國際一線范兒還是需要在動力電池PACK上找機(jī)會,有源鉗位有望在中大功率工業(yè)儲能上被機(jī)會采用,無線級聯(lián)通信BMS除了成本和可靠性上的成熟度之外還需要應(yīng)用剛需促進(jìn),目前看3、5年甚至10年時間動力電池應(yīng)用有線隔離變壓器的socket無法撼動。"

"無論是磁隔還是容隔都是有線菊鏈方式,相對無線方式還是有其穩(wěn)定性優(yōu)勢。"

"無線我不知道在1000v堆疊的包里面,一個閃電來了,數(shù)據(jù)錯誤會怎樣?" "除了電涌,還有各級間2.4G有限資源同頻干擾,RF內(nèi)外輻射、高吞吐量、低延遲及鏈接穩(wěn)定性等諸多難題。TI SimpleLink是這方面的先性者。"

"雖然在動力電池應(yīng)用上TI的AFE, 電池監(jiān)控器、MCU/SOC還不能算是一線品牌,但在中大功率儲能、工業(yè)儲能、逆變電力都是不可或缺的存在"

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BMS均衡方式

基于外電壓均衡策略是一種常用的均衡方式,其核心思想是根據(jù)電池的外電壓來判斷電池組的一致性,并采取相應(yīng)的均衡措施。具體來說,當(dāng)電池組中某些電池的電壓較高時,可以通過降壓放電措施來實(shí)現(xiàn)均衡;而當(dāng)電池組中某些電池的電壓較低時,則可以采用充電抬壓均衡的方法。這種均衡方式簡單易懂,只需測量電池的外電壓就可以進(jìn)行均衡判斷。然而,它也存在一些弊端,容易受到電池內(nèi)部參數(shù)的影響,長期使用可能導(dǎo)致均衡判斷不穩(wěn)定。

圖片恒定均流電阻均衡充電電路

得注意的是,外電壓均衡策略在實(shí)際應(yīng)用中還需要考慮電池組中電池的串聯(lián)系統(tǒng)以及充放電過程中的動態(tài)特性。通過合理設(shè)計(jì)和調(diào)整均衡參數(shù),可以更好地實(shí)現(xiàn)電池組的均衡管理,提高電池組的性能和壽命。

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基于容量均衡策略

基于容量的均衡策略是以電池內(nèi)部容量的使用率作為判斷標(biāo)準(zhǔn),旨在達(dá)到[敏感詞]地提高電池組整體容量的利用率。具體而言,該策略通過對電池組內(nèi)各個單體電池的容量進(jìn)行評估,并采取合適的均衡措施來實(shí)現(xiàn)容量的[敏感詞]化利用。這種均衡策略的優(yōu)點(diǎn)在于,它可以更全面地考慮電池組中各個單體電池的容量差異,從而提高整體性能。不過,由于容量測試一般只能在靜置狀態(tài)下進(jìn)行,所以該策略對于動態(tài)條件下的均衡控制并不適用。圖片

為了更好地實(shí)現(xiàn)基于容量的均衡策略,研究人員可以探索更先進(jìn)的測試方法,如在線容量測量等,以便實(shí)時監(jiān)測電池組中各個單體電池的容量變化,從而實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的均衡控制。

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基于剩余電量SOC的均衡策略

基于剩余電量SOC(State of Charge)的均衡策略是以各個電池的SOC作為均衡衡量標(biāo)準(zhǔn),通過控制電池的充放電過程來實(shí)現(xiàn)均衡。由于SOC與容量性質(zhì)相似,因此基于SOC的均衡控制策略也可以提高電池組容量的總體利用率。該均衡策略的優(yōu)點(diǎn)在于,只需針對電池的SOC進(jìn)行測量,并不考慮單體電池的容量,實(shí)用性較好。因此,它可以在實(shí)際應(yīng)用中方便地實(shí)現(xiàn)電池組的均衡管理。不過,基于SOC的均衡策略也需要考慮電池組中電池的串聯(lián)系統(tǒng)以及充放電過程中的動態(tài)特性,以確保均衡控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

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充放電均衡電路的功能分類:

充放電均衡電路主要分為充電狀態(tài)下的電壓均衡、放電狀態(tài)下的均衡以及充放電動態(tài)均衡三種。

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1、充電狀態(tài)下的電壓均衡

充電狀態(tài)下的電壓均衡策略主要是針對過充情況而設(shè)計(jì)的。它通過開關(guān)電阻均衡方式或能量轉(zhuǎn)換式均衡方式來實(shí)現(xiàn)均衡。開關(guān)電阻均衡方式是在電池組中的電壓過高時,通過開啟電阻來消耗多余的能量,從而達(dá)到均衡的目的。能量轉(zhuǎn)換式均衡方式則是將過高電壓的能量轉(zhuǎn)化為其他形式的能量,如熱能等。這種均衡方式可以有效防止電池的過充現(xiàn)象,保護(hù)電池的安全性。

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2、放電狀態(tài)下的均衡

放電狀態(tài)下的均衡主要是對單體電池進(jìn)行均衡控制。均衡電路會向容量較低的單體電池傳輸能量,使其能量消耗較多,從而實(shí)現(xiàn)電池組的均衡。放電狀態(tài)下的均衡方式可以根據(jù)檢測到的單體電池電壓的大小來調(diào)整均衡電壓和時間,以達(dá)到均衡的效果。

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3、充放電動態(tài)均衡

充放電動態(tài)均衡是一種綜合了充電和放電兩種均衡方式的策略。它同時在充電和放電過程中進(jìn)行均衡操作,以實(shí)現(xiàn)電池組的均衡。這種均衡策略可以更全面地考慮電池組中各個單體電池的狀態(tài),從而提高整體性能和壽命。在實(shí)際應(yīng)用中,充放電動態(tài)均衡可以通過控制電流和電壓來實(shí)現(xiàn),以達(dá)到均衡的效果。

總結(jié)起來,均衡電路的功能主要包括充電狀態(tài)下的電壓均衡、放電狀態(tài)下的均衡以及充放電動態(tài)均衡。通過合理設(shè)計(jì)和調(diào)整均衡參數(shù),可以實(shí)現(xiàn)電池組的均衡管理,提高電池組的性能和壽命。不同的均衡方式可以根據(jù)實(shí)際情況選擇使用,或者綜合運(yùn)用多種方式來實(shí)現(xiàn)更好的均衡效果。所以均衡對于目前的電芯來講,是一個很重要的功能。均衡功能的實(shí)現(xiàn)方案分為兩種,有源(主動)均衡和無源(被動)均衡;被動均衡就是用電阻放電,主動均衡就是讓電荷在電芯之間流動,其實(shí)關(guān)于這兩種的叫法也有一些爭議,不做展開;其中無源(被動) 均衡在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用的比較多,而有源(主動) 的較少。

BMS主動均衡方案

車載ESS(動力電池系統(tǒng))保持良好的一致性是避免性能下降、確保理想壽命的關(guān)鍵。因此一方面電池應(yīng)該具備較好的先天一致性,即同一型號檔位的電池單體的一致性;通過設(shè)計(jì)、材料、制造、工藝、篩選控制保證電池在使用之前的差異。另一方面電池在集成為系統(tǒng)時需具備良好后天一致性,即確保機(jī)械層面的(維持各單體電池一致的機(jī)械應(yīng)力)、熱管理層面的(維持各單體電池一致的溫度)、電氣連接層面的(維持一致的連接阻抗)、荷電狀態(tài)層面的(維持一致的SOC)一致性。由此可見將維護(hù)電池系統(tǒng)一致性的任務(wù)完全寄托于電池管理系統(tǒng)的均衡功能是不現(xiàn)實(shí)的,均衡功能更應(yīng)該被看做差異產(chǎn)生后的補(bǔ)救措施,而在ESS開發(fā)過程中更多的資源應(yīng)該放在避免差異的產(chǎn)生上。因此目前在乘用車領(lǐng)域簡單可靠的被動均衡方案更為適用,而性能出色的主動均衡很難有一席之地。當(dāng)然如果在先天一致性不能保證的領(lǐng)域(如回收電池梯次利用),或保障后天一致性成本很高的領(lǐng)域(如商用車,有著電池容量大、安裝位置差異大、開發(fā)周期短等因素的制約)主動均衡還是有著比較廣泛的應(yīng)用前景。本文主要梳理一下主動均衡的幾種實(shí)現(xiàn)方式。


1. 電池均衡的本質(zhì)

電池系統(tǒng)組是由眾多電池串聯(lián)而成的,因此經(jīng)過每一節(jié)電池的電流均為I0。在充電場景下假設(shè)第N節(jié)電池率先達(dá)到工作電壓上限,且希望其余電池繼續(xù)保持當(dāng)前充電電流時,就需要在第N節(jié)電池上并聯(lián)上一個支路以分流一部分能量。

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被分流的能量如果通過電阻發(fā)熱耗散的方式進(jìn)行則被定義為被動均衡。

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若被分流的能量通過轉(zhuǎn)遞能夠再次被存儲利用則被定義為主動均衡。主動均衡方案的多樣性就在于這些能量如何被傳遞,被傳遞到了哪里。


2. 能量傳遞方式

一般電路中常見的能量傳遞方式包括:電感、電容、變壓器、變換器(Buck/Boost等)。采用變壓器是目前主動均衡方案中比較常見的技術(shù)路線。


放電模式下一般采用底部均衡策略(Bottom balancing),BMS識別出Module中容量較低的Cell單體,控制變壓器原邊導(dǎo)通,由外部向Cell轉(zhuǎn)移能量。

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充電模式下一般采用頂部均衡策略(Top balancing),BMS識別出Module中容量較高的Cell單體,控制變壓器副邊導(dǎo)通,由Cell向外部轉(zhuǎn)移能量。

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3. 能量傳遞路徑

(1) Cell to Cell

首先我們會想到的方案是將這部分能量在單體與單體之間互相傳遞,直接從荷電態(tài)高的轉(zhuǎn)移至低的,相當(dāng)于“劫富濟(jì)貧”。但是如果采用這種技術(shù)路線,則在實(shí)現(xiàn)上需要數(shù)量龐大的開關(guān)矩陣才能完成指定單體間的互相傳遞,可操作性不強(qiáng)。

(2)Cell to Module
然后我們會想到讓每一節(jié)電池都能將能量反饋到整個Module上,相當(dāng)于“平均分配”。這總方案顯然能夠有效降低復(fù)雜度。缺點(diǎn)在于Module和Module之間無法實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移,因此Module之間的一致性問題依然存在。另一方面Module中電池串聯(lián)數(shù)量在不同的項(xiàng)目中可能是不同的,而采用變壓器的繞組需要根據(jù)Cell電壓范圍和Module電壓范圍進(jìn)行匹配選型,在產(chǎn)品的通用性上可能有影響。

(3)Cell to LV
還有一種可以實(shí)現(xiàn)的方式是讓每一節(jié)電池都將能量反饋到低壓電池上,相當(dāng)于“先統(tǒng)一上繳國家,再由國家精準(zhǔn)扶貧”。一方面能量偏高的Module多上繳,可以控制Module間的一致性差異。另一方面,Cell的電壓和低壓電池電壓(12V或24V)是比較確定的,產(chǎn)品通用性會比較好。

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4. 主動均衡方案

(1) Linear LTC3300
LTC3300可實(shí)現(xiàn)6節(jié)電池的均衡控制,與LTC680x通過SPI交互。從選擇的能量傳遞路徑上看,這個方案屬于Cell to Module型,但為了克服Module間能量無法傳遞的問題,LTC3300支持將能量傳遞至相鄰Module。

(2)Linear LT8584
LT8584則是單節(jié)均衡控制芯片,并且是單向,與LTC680x的C12和S12連接。

(3) TI EMB1499 + EMB1428
TI與Linear的解決方案[敏感詞]的區(qū)別在于無需對每一節(jié)電池配一個變壓器,而是通過開關(guān)矩陣控制選擇目標(biāo)單體電池和變壓器連接,減少變壓器數(shù)量。EMB1428為7通道的開關(guān)矩陣驅(qū)動器,EMB1499為雙向變壓器控制器。

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TI無線BMS解決方案

TI的無線BMS解決方案使汽車制造商能夠降低其設(shè)計(jì)的復(fù)雜性、提高可靠性并減輕汽車重量,從而延長行駛里程。得益于能夠靈活地跨生產(chǎn)模型調(diào)整設(shè)計(jì),汽車制造商可以通過TI全面的無線BMS產(chǎn)品更快地過渡到生產(chǎn)階段,此類無線BMS產(chǎn)品包括:SimpleLink2.4GHz CC2662R-Q1無線微控制器(MCU)評估模塊,軟件和功能安全驅(qū)動工具(如安全手冊;失效模式與影響分析FMEA;失效模式影響和診斷分析FMEDA;TV SD概念報(bào)告等)。

無線電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用將是電動汽車市場中一個日益增長的趨勢,因?yàn)檫@類進(jìn)展提供了更大的設(shè)計(jì)靈活性,相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)也降低了復(fù)雜性和成本,TI展示了一個將這些優(yōu)勢與ASIL D合規(guī)性相結(jié)合的解決方案,為業(yè)界樹立了一個可遵循的標(biāo)準(zhǔn)。

符合ISO 26262的ASIL D的要求

為了減少汽車制造商的開發(fā)時間,TI已要求領(lǐng)先的功能安全權(quán)威機(jī)構(gòu)TV SD針對以下方面進(jìn)行獨(dú)立的可行性評估:TI無線BMS功能安全概念的定量和定性錯誤檢測性能,汽車制造商符合汽車安全完整性等級ASIL D認(rèn)證,以及更高水準(zhǔn)的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)26262認(rèn)證。

TI的無線BMS功能安全概念采用專為無線BMS使用案例開發(fā)的新無線協(xié)議,解決了通信錯誤檢測和安全問題。借助CC2662R-Q1無線MCU實(shí)現(xiàn)的專有協(xié)議,可以在主機(jī)系統(tǒng)處理器與新發(fā)布的BQ79616-Q1電池監(jiān)控器和平衡器之間進(jìn)行穩(wěn)定可靠和可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)交換。

安全地實(shí)現(xiàn)業(yè)界出色的網(wǎng)絡(luò)可用性

與有線連接相比,TI通過CC2662R-Q1無線MCU實(shí)現(xiàn)電池管理系統(tǒng)的無線協(xié)議,可以提供業(yè)界出色的網(wǎng)絡(luò)可用性(超過99.999%)和300ms的網(wǎng)絡(luò)重啟更大可用性。該無線MCU可提供高吞吐量和低延遲的專用時隙以防止數(shù)據(jù)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(fā)送電壓和溫度數(shù)據(jù),且網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包錯誤率小于10-7。汽車制造商可以利用TI提供的安全驅(qū)動工具減少潛在威脅,例如:密鑰交換和刷新;獨(dú)特的設(shè)備身份驗(yàn)證;調(diào)試安全;基于聯(lián)合測試行動小組(JTAG)協(xié)議鎖定的軟件IP保護(hù);高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)128位加密加速和消息完整性檢查。

在多平臺上進(jìn)行可靠擴(kuò)展和系統(tǒng)級設(shè)計(jì)

考慮到汽車制造商的長期設(shè)計(jì)需求,TI的無線BMS創(chuàng)新技術(shù)在業(yè)界具有更高的可擴(kuò)展性。確定性協(xié)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(tǒng)等),將采用單個無線片上系統(tǒng)的電池模塊與多個BQ79616-Q1電池監(jiān)控器相連。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)可支持多達(dá)100個節(jié)點(diǎn),每個節(jié)點(diǎn)都達(dá)到業(yè)界更低的延遲(低于2ms) ,并且每個節(jié)點(diǎn)的測量均可實(shí)現(xiàn)時間同步。CC2662R-Q1無線MCU獨(dú)立于各個電池單元監(jiān)控裝置之外,不再需要菊花鏈隔離組件,因此也減少了相應(yīng)的成本。BQ79616-Q1電池監(jiān)控器和平衡器在同一封裝類型中提供不同的通道選項(xiàng),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(fù)使用既有的軟件和硬件。

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關(guān)于無線BMS的優(yōu)缺點(diǎn)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)、倉儲運(yùn)輸、售后維護(hù)、電池回收等等,整個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)以及電動汽車電池的整個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。從這個角度來看,安全性需要系統(tǒng)級的設(shè)計(jì)理念,包括流程和產(chǎn)品。
1、無線BMS應(yīng)用到整個電池組PACK中,它的電磁兼容性是個難關(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,未能及時對鋰電池組做出保護(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,[敏感詞]采集6串電芯,可支持到12串、14串、16串。TI的這款芯片有個特別之處,在于它宣稱可以在硬件水平上做到功能安全ASIL D的等級,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,個人覺得不一定,主要還是成本。

首先,無論AD也好,還是TI也好,在對比當(dāng)前BMS方案時,所對比的是非常久遠(yuǎn)的方案:有長長的線束、有錯綜復(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)),表格中有一個重要因素沒有考慮,即成本;目前大家看到無線BMS在電動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。


另一個方面,無線BMS在模組技術(shù)時代,能更好地應(yīng)用于電池包退役后的梯次利用(模組級別),但隨著電池包更高的集成度,模組時代也正在被淘汰,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。”

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)對比(來自于TI官網(wǎng)):

目前電動汽車上的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)議與每個廠家的AFE綁定,但對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,在華為的基站儲能中使用過一個名字叫做iBAT的產(chǎn)品,它就是一個無線的BMS采集板,每個采集板采集對象是鉛酸電池,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,單板上面只有一個采樣輸入連接器,對外的通信方式為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,由于每一個鉛酸電池尺寸比較大,成組不容易,所以每個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)用需要對每一節(jié)電芯都布置單獨(dú)的采集板,此時使用無線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,這也可能會帶來成本的降低。


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