電子發燒友網報道(文/李誠)電動汽車的發展已進入快車道,據商務部統計數據顯示,今年我國前三季度新能源汽車成交量215.7萬輛,市場滲透率12.4%。電動汽車智能化的發展,也為BMS系統迎來了新的變革。
汽車BMS系統是汽車與電池組之間通信的橋梁,起到對電池組運行的溫度、電壓、電流,進行實時的數據采集、分析、儲存,并將采集、分析好的數據與外部設備完成交換,避免電池過充、過放、溫度過高等問題的出現,在一定程度上保證了電池的性能,延長了電池的壽命。
無線BMS系統的優、劣
目前,汽車BMS系統按通信方式可分為:有線BMS系統、無線BMS系統。有線BMS系統是通過CAN總線或iosSPI總線作為菊花鏈形式,將電池組、從控芯片與主控芯片連接起來,實現數據監測、傳輸的;無線BMS系統是通過無線組網的形式,將電池組、從控芯片與主控芯片連接,通過無線通信完成電池組的狀態監測和數據傳輸。
靈活性,無線BMS系統使用無線網絡作為連接方式,擺脫線纜的束縛,這使得電池組可以靈活地布局擺放,并且,可根據實際需求,隨意增加或刪減對電池實時狀態偵測的設備。
穩定性,有線BMS是通過線纜連接的方式進行通信,線纜長時間在高溫的汽車內部環境使用,通常會出現線路老化的問題,一旦出現問題,眾多的線纜會給檢測與修復帶來較大的難度。而無線BMS就不用擔心通信線纜老化的問題,并且數據的傳輸速率和時延都能得到較好的保證,提高了對電池組狀態的感知能力。
成本低,無線BMS與有線BMS系統,最本質的區別就是減少了通信線纜的鋪設,通信線纜和連接器的用量都會有所減少,在一定程度上降低了造車成本,減小了BMS系統的空間占比。
不足,由于無線BMS采用的是無線通信的方式,與有線BMS內部閉環通信不同,若無線通信的安全系數不高,可能會存在傳輸的數據信息被攔截獲取的情況。
雖然電動車的保有量日漸增多,但消費者對電動汽車的安全性和續航里程仍有顧慮,為打消消費者這一顧慮,TI、ADI等相繼推出了無線BMS解決方案。
TI 無線BMS系統解決方案
TI為提高電動車的續航能力,于今年初,發布了無線BMS解決方案,該方案采用CC2662R-Q1無線MCU與BQ79616-Q1電池監控器的方式,實現對電池電量、溫度、電流、電壓的檢測,并將數據通過無線傳輸的方式與主控芯片完成通信。方案的發布減少了通信線路的鋪設,提高了電動汽車的可靠性和效率,是首個通過ASIL-D驗證的無線BMS。
圖源:TI
SimpleLink CC2662R-Q1是應用于汽車BMS系統的無線MCU,該MCU采用的是基于ARM架構的Cortex-M4F,主頻頻率達-48MHz。CC2662R-Q1內部集成了352KB的可編程Flash、256KB的ROM、8KB的SRAM。
CC2662R-Q1支持2.4 GHz WiFi、低功耗藍牙、Zigbee、Sub-1 GHz等無線通訊方式,并且兼容TI專有的無線BMS協議,可實現快速組網。CC2662R-Q1具有低功耗的特點,接收狀態電流為 6.9 mA,發射信號強度在0 dBm和5 dBm時,工作電流分別為7.3 mA和9.6 mA,處于待機狀態時待機電流為0.94μA。
據TI官方顯示,通過TI專有的無線通信協議進行數據傳輸,具有延時低、傳輸速率高(1.2Mbps數據吞吐)等特點,并且具有較高的穩定性,數據丟包率極低,PER(《10-7)。CC2662R-Q1無線MCU還支持無線OTA,系統拓展性強。
BQ79616-Q1是一款16通道的汽車電池監控芯片,主要應用于高壓BMS中,對高壓電池實時監控。該芯片能在 128μs內完成一個周期的電池數據檢測。BQ79616-Q1片上集成了數模轉換器、低通濾波器,方便對濾波后的直流電壓進行監測,提高電壓監測精度,方便MCU對電池充電狀態的判斷。同時,BQ79616-Q1還具有電池溫度監測和電池內部自動平衡的功能,一點監測到電池數據異常,會立即停止電池的充放電做工,避免電池溫度過高,引發火災其他危險。
BQ79616-Q1采用了,電容隔離和變壓器隔離的雙隔離式雙向菊花鏈,將電池連接起來。在接口方面,該芯片具有8個GPIO口和一個專用 UART 接口,通過GPIO口可對外部電路的熱敏電池進行測量,通過UART 接口可以與主控器進行通信。
BQ79616-Q1具有自動反向喚醒功能,一般工作狀態下,MCU自動進入休眠模式,當監測到數據異常時,BQ79616-Q1會反向喚醒MCU。這一功能主要是為了,在汽車停止的狀態下,也能對電池狀態進行監測,并降低系統功耗。
TI就是采用一個 CC2662R-Q1無線MCU與多個BQ79616-Q1電池監控器相連的方式,實現無線BMS系統。
ADI無線BMS系統解決方案
ADI早前就推出了電動汽車無線BMS系統解決方案,該方案是將SmartMesh與LTC6811電池監控器相結合,實現電池狀態監控和數據的無線傳輸。這一方案提高個電動汽車的可靠性,以及降低了線路鋪設的復雜性。
SmartMesh+LTC6811無線BMS拓撲 圖源:ADI
ADI的無線BMS解決方案中,并未明確表明SmartMesh無線MCU的具體型號,電池監控器采用的是LTC6811。
LTC6811-1是一款電池組監視器,最高可對12組串聯電池進行高精度的電壓檢測,測量誤差小于1.2mV,完成12節的電池檢測僅需290μs。LTC6811-1可將多節電池串聯起來,因此該芯片可在高電壓的電池串中完成電池狀態實時監測。該芯片還具有isoSPI接口,可實現與器件之間高速的遠程通信。LTC6811能將12組電池通過菊花鏈連接,實現多通道通信的功能,監測電池狀態,并根據電池當前狀態進行暫停和啟動操作,該芯片采用隔離式電源供電。
ADI表示,通過這一組合方案,可節省9成以上的線纜,減小1成以上的電池體積,為電池的布局和拆卸提供了良好的靈活性,并且,電池的使用壽命和電池數據的測量精度不會受到影響。
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原文標題:擺脫線纜束縛的無線BMS系統
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