無線BMS係統解決方案實現電動車電池係統設計的無線化
發布時間:2021-01-26 來源:TI 責任編輯:lina
【導讀】如今,電動汽車及混動汽車的駕駛焦慮仍然在續航裏程、chongdianshijianyijianquanxingdengfangmian。qizhongbuduanzengjiadianchirongliangshimingxiandezengjiaxuhanglichengdeshouduan,danchulekaiyuan,haiyoubushaojieliushouduankezengjiaxuhanglicheng,birutongguogengjingquedeBMS(電池管理)係統,第三代半導體快充技術,以及為車輛減重等手段,減少消費者的顧慮。
如今,電動汽車及混動汽車的駕駛焦慮仍然在續航裏程、chongdianshijianyijianquanxingdengfangmian。qizhongbuduanzengjiadianchirongliangshimingxiandezengjiaxuhanglichengdeshouduan,danchulekaiyuan,haiyoubushaojieliushouduankezengjiaxuhanglicheng,birutongguogengjingquedeBMS(電池管理)係統,第三代半導體快充技術,以及為車輛減重等手段,減少消費者的顧慮。
日前,德州儀器(TI)宣布推出經TÜV SÜD認證的功能安全認證的無線BMS解決方案,實現電池數據和控製命令傳輸的無線化。
德州儀器中國區嵌入式與數字光處理應用技術總監師英介紹道,目前所有的電動汽車的BMS都dou采cai用yong有you線xian係xi統tong,需xu要yao銅tong線xian采cai取qu菊ju花hua鏈lian的de布bu網wang形xing式shi。因yin此ci一yi方fang麵mian複fu雜za的de布bu線xian增zeng加jia了le整zheng車che重zhong量liang,另ling外wai則ze是shi電dian纜lan和he連lian接jie器qi屬shu於yu易yi損sun件jian,由you於yu振zhen動dong等deng情qing況kuang容rong易yi造zao成cheng接jie觸chu不bu良liang,又you或huo者zhe易yi受shou到dao潮chao濕shi、熱(re)等(deng)損(sun)壞(huai),令(ling)安(an)全(quan)等(deng)級(ji)下(xia)降(jiang),而(er)當(dang)這(zhe)些(xie)機(ji)械(xie)結(jie)構(gou)件(jian)或(huo)線(xian)束(shu)發(fa)生(sheng)問(wen)題(ti)時(shi),需(xu)要(yao)更(geng)換(huan)整(zheng)個(ge)電(dian)池(chi)包(bao)。此(ci)外(wai),通(tong)過(guo)減(jian)少(shao)布(bu)線(xian),減(jian)少(shao)了(le)內(nei)部(bu)布(bu)線(xian)空(kong)間(jian),可(ke)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)升(sheng)電(dian)池(chi)包(bao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)。
由於典型的電動汽車將近要串聯100個電池組,需要長達幾米的銅線,去除這一連接無疑可以更好地實現電動汽車所需緊湊、高密度和高可靠性的電池組。
基於以上考慮,TI開發出了高可靠性的無線BMS係統。
BMS係統方案介紹
TI的無線BMS主要有兩部分組成。
其中最重要的部分是SimpleLink CC2662R-Q1無線MCU,符合AEC-Q100標準。該芯片基於Arm Cortex-M4,片上集成了豐富模擬外設,以及射頻子係統。芯片集成了專用的無線BMS協議棧,采用2.4GHz頻段(2402-2480 MHz),並內置TI-RTOS,從而支持快速組網。

CC2662R-Q1係統框圖
TI係統工程經理吳萬邦表示,CC2662R-Q1芯片的功耗非常低,因此用戶無需擔心采用無線會給整個電池係統帶來額外負擔。

各類功耗如表所示。
另外則是TI的電池監控芯片BQ79616係列,具有從12-16個通道的不同產品,引腳和軟件兼容,可以給用戶提供最大的設計靈活性,幫助降低係統成本。

BQ79616框圖
可靠性
一直以來,人們天然地更依賴有線技術,而對無線技術的可靠性有所懷疑。為此,TI的解決方案在一開始設計時就考慮了SÜD的設計目標要求,完全依照ISO 26262的SÜD設計標準進行,也通過了TÜV SÜD認證,符合ASIL-D標準,由於不存在磨損,使得無線技術比有線更加安全可靠。
出色的網絡性能
師英表示,可靠性的背後,是TI專門為汽車BMS係統開發的無線協議棧,其網絡可用性指標是99.999%,即便0.001%的故障發生時,整個網絡重啟和重建的時間也不會超過300ms,整個無線BMS係統不會被汽車的主機長時間丟失。
“因為一個BMS裏有一個主服務器,有8到10個從服務器,所以當你從主服務器同步到所有的從服務器時這個時間並不長。”吳萬邦解釋道。
而er在zai吞tun吐tu率lv方fang麵mian,協xie議yi棧zhan采cai用yong了le時shi隙xi化hua的de通tong信xin設she計ji,可ke極ji大da提ti高gao數shu據ju吞tun吐tu率lv並bing降jiang低di每mei個ge節jie點dian間jian的de通tong信xin延yan遲chi。從cong而er進jin一yi步bu保bao護hu數shu據ju不bu丟diu失shi,而er且qie不bu被bei損sun壞huai。在zai吞tun吐tu量liang方fang麵mian可ke以yi做zuo到dao1.2Mbps的數據吞吐量,每個節點延遲不會超過2毫秒。師英表示,該協議棧可確保快速精確的向電池主單元MCU發送誤差不超過±2毫伏電壓數據和電芯溫度數據,而且整個網絡數據包的誤碼率會小於10-7。

無線數據傳輸實測數據圖
針對信息安全方麵,TI采(cai)用(yong)了(le)私(si)有(you)協(xie)議(yi),因(yin)此(ci)安(an)全(quan)性(xing)得(de)到(dao)了(le)前(qian)所(suo)未(wei)有(you)的(de)提(ti)升(sheng)。獨(du)特(te)的(de)密(mi)鑰(yao)交(jiao)換(huan)和(he)刷(shua)新(xin)機(ji)製(zhi),以(yi)及(ji)獨(du)特(te)的(de)器(qi)件(jian)認(ren)證(zheng)和(he)調(tiao)試(shi)安(an)全(quan)及(ji)其(qi)他(ta)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng),能(neng)夠(gou)讓(rang)整(zheng)個(ge)無(wu)線(xian)BMS係統在信息安全上有出色表現。
而針對無線應用所關注的EMI和EMC問題,師英解釋道BMS無線協議棧可通過調頻等技術,組建幹淨無幹擾的通信網絡。吳萬邦則表示,TI的無線BMS已經通過了一些客戶的評估,證明車內2.4GHz頻率共存的情況下不會有任何幹擾。
強大的可擴展性
TI BMS係統提供多個跨平台進行可靠係統設計自由,支持不同電芯組成的模組,結合BQ79616係列實現了係統的高度可擴展性和靈活性。
協議棧在設計時就考慮了BMS係統對於測量同步的要求,同時BQ79616也支持節點測量同步,因此無論電池組平台進行何種縮放,都可以實現最好的性能。
協議棧最多支持100個節點,由於是無線傳輸,因此也不需要額外的隔離設計。
正如TI汽車產品營銷工程師Daniel Torres表示:“無線BMS係xi統tong設she計ji就jiu像xiang在zai空kong白bai畫hua布bu上shang進jin行xing設she計ji一yi樣yang。當dang您nin不bu必bi擔dan心xin放fang置zhi線xian束shu的de位wei置zhi時shi,就jiu可ke以yi想xiang出chu新xin的de方fang法fa來lai利li用yong空kong間jian,甚shen至zhi混hun合he和he匹pi配pei不bu同tong大da小xiao和he類lei型xing的de電dian池chi。”
更友好的開發驗證環境
TI.com.cn上目前已經提供包括開發套件、SDK以及協議棧等無線BMS開發包,還包括射頻配置開發軟件SmartRF Studio以及電流傳感開發軟件Sensor Controller Studio。
每個開發套件均包含 9 塊電路板、1 個預編程電池控製單元和 8 個預編程電池傳感器單元。可以將無線 BMS EVM 配置為電池控製單元(主節點)或電池傳感器單元(輔助節點)。支持使用獨立 XDS110 調試探針來對無線 BMS EVM 進行編程和調試。

在CES2021在線峰會上,TI也重點展示了無線BMS係統
師英指出,無線BMS開發包是一套完整的交鑰匙參考設計,包括天線的參考設計都已經納入其中,用戶也可根據自身需求進行微調。
(來源:德州儀器)
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