Maxim无线BMS将易主

2020年初的CES(国际消费类电子展)上,Maxim Integrated(同年7月ADI宣布对其收购)演示了无线BMS,通过取代电池组和BMS模块间的传统有线连接,减轻了电线和连接器重量,消除模块间隔离组件降低了成本、制造复杂性并缩短制造时间,电池组形状也更加灵活。

Maxim Integrated汽车业务部门执行总监Tamer Kira认为:“符合ASIL D(汽车功能安全完整性等级,D为最高级)标准的电池管理解决方案应该能够以一种更高效率和更高安全性的方式来管理电压,从而驱动电动汽车电池组。”

他解释说,符合最高安全级别的BMS有不同架构,基于星型配置的独立CAN架构很稳定,但物料清单(BOM)成本较高,通信速度相对较慢。相比之下,可靠、稳健的菊花链架构能够以更低的成本提供更快、更可靠的通信。

因此,在评估BMS时,需要寻找的另一个有用特性是自动电池平衡,它可以最大限度地减少手动操作(编码等)的工作量。在支持不同的电池组尺寸方面,一定程度的灵活性非常有益。

Maxim独特的BMS技术(MAX17853)是当时业界唯一符合ASIL D标准的电池监测器IC。凭借其独特、专有的菊链式架构和快速SAR ADC,该方案可实现快速、高精度测量,优化混合动力、电动汽车及任何拥有多节串联可充电电池组的系统,提高车辆安全性;在提高锂电池组工作可靠性的同时降低系统成本。

即将易主的Maxim无线BMS

其业界唯一的电容式隔离可以利用电池组上的电容代替昂贵的隔离变压器,将相关BOM成本降低多达90%,并降低故障率(FIT)。

通用汽车和Visteon抢先一步

2020年11月,通用汽车宣布推出首款可量产、完全无线电池管理系统,以持续监控电池组的健康和充电状态。该方案与Visteon及其他技术伙伴合作研发。为此,通用汽车将成为首家在电动汽车中采用WBMS的主机厂。通用将在所有计划中的电动车型Ultium电池中标配该系统。其脚步比BMW更快。

Visteon总裁兼首席执行官Sachin Lawande表示:“我们的无线BMS技术消除了传统系统电池组的线束,为电动汽车提供了一个安全可靠的电池系统。无线创新系统还可以降低终端用户维修成本,因为可能会引发问题的物理设备和电线在新系统中已荡然无存。”

Ultium电池的无线单元

据介绍,该系统提供的平台可在车辆使用寿命内高精度测量电池状况,让每个电芯的能量利用实现最大化,延长车辆续航里程。此外,新型BMS系统也可支持安全可持续性的零钴电池化学,如磷酸铁锂(LFP),主机厂正致力于实现此种可持续性目标。该模块化解决方案支持多种充电协议,满足主机厂在成本、重量和包装方面的要求。

通用汽车希望该无线BMS系统能够推动搭载Ultium电池的电动汽车更快上市,因为研发具体通信系统或为每辆新车重新设计复杂的配线方案并不需要时间。相反,无线系统有助于确保未来通用汽车产品线中Ultium电池的可扩展性,包括不同品牌及重型卡车和高性能车辆等不同车型。

这款方案的技术伙伴就是上面提及的ADI,技术特性不再赘述。

德州仪器紧追不放

今年1月,在以全数字化方式进行的CES 2021上,德州仪器(TI)率先发布了业内首个既通过T?V S?D评估,又满足ISO 26262 ASIL D功能安全等级的无线电池管理解决方案。

“2021中国电动汽车百人会论坛”上,TI中国区嵌入式与数字光处理应用技术总监师英表示:“这一解决方案可提供业界最出色的网络可用性,支持跨多平台可靠扩展,有助于汽车客户设计制造更安全、可靠、高效且行驶更远的电动汽车。”

TI无线BMS示例

该无线BMS产品由以下两部分组成:

SimpleLink? 2．4GHz CC2662R-Q1无线微控制器(MCU):采用符合AEC-Q100标准的Arm? Cortex?-M4,经优化可实现低功耗、扩展温度范围和增强安全性;该器件采用专为无线BMS用例开发的新无线协议,解决了通信错误检测和安全问题。

BQ79616-Q1电池监控平衡器:符合ISO26262功能安全标准,具备通信、温度和电压测量功能芯片级ASIL D等级。借助CC2662R-Q1无线MCU,可以在主机系统处理器与BQ79616-Q1之间进行稳定可靠和可扩展的数据交换。

据介绍,与有线连接相比,该解决方案的无线协议可以实现业界最好的网络可靠性(超过99．999%)和最大300ms的网络重启可用性。其无线协议是基于2．4GHz频段运行的低功耗Bluetooth? 技术编制的专有无线BMS协议。

无线MCU可提供高吞吐量和低延迟的专用时隙,以防止数据丢失或损坏,使多个电池单元能够以±2mV的精度向主MCU发送电压和温度数据,且网络数据包错误率小于10-7。

主机厂可以利用安全驱动工具减少潜在威胁,例如密钥交换和刷新;独特的设备身份验证;调试安全;基于联合测试行动小组(JTAG)协议锁定的软件IP保护;高级加密标准(AES)128位加密加速和消息完整性检查。

考虑到主机厂的长期设计需求,无线BMS创新技术还提供更高的可扩展性。专有协议可提供市场上最高的吞吐量,使主机厂能够在不同电池配置中(如32、48和60个电池单元的系统等)将采用单个无线片上系统的电池模块与多个BQ79616-Q1电池监视器相连。这样的系统设计支持多达100个节点,每个节点都达到业界最低延迟(低于2ms),且每个节点的测量均可实现时间同步。

主机厂选择更灵活

也许是和特斯拉掰手腕的机会

“2021中国电动汽车百人会论坛”上半导体公司不过5家,其中两家谈到了无线BMS技术,可见其意义非同小可。不过,目前真正在量产车中采用无线电池监控的好像还没有,开始评估的也是少数。甚至连爱忽悠的马斯克也还没有说无线BMS如何如何。

此前,特斯拉先进的BMS技术是其在市场上脱颖而出的胜负手之一,它一直将其BMS视为最高机密,一直由自己把控。不过,随着几款车型的大量上市,其BMS已了然于天下。我至今仍未发现特斯拉采用无线BMS的蛛丝马迹,除非它的保密工作滴水不漏。其他主机厂,包括传统的和新势力,或许可以在这方面和特斯拉掰掰手腕!

特斯拉产业链之BMS

总之,打造一款更安全、更智能的未来汽车需要的正是无线BMS解决方案所提供的各种优异特性:

确保精确监测和平衡电池电压,提高电动汽车的可靠性和效率,保证电池组和车辆安全运行

集成式硬件架构及系统软件可扩展用于多个汽车平台,主机厂无需对电池模块配置做出大的更改,大幅降低电池组设计成本,并容易与热管理系统和其他车辆控制系统集成

有助于车辆设计师减少繁重、昂贵且需要频繁维护的布线,并减轻汽车重量,延长行驶里程

主机厂可跨量产车型灵活调整设计,更快进入量产阶段。