無(wú)線BMS新能源汽車無(wú)線組網(wǎng)電池管理方案

1.前言

目前電動(dòng)車銷售越來(lái)越多，尤其是現(xiàn)在中國(guó)推進(jìn)的“碳中和”概念，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年電動(dòng)汽車年銷量會(huì)更一步增加。并且占該銷售額最大份額的國(guó)家就是中國(guó)。

電池管理系統(tǒng) (BMS) 作為電動(dòng)汽車的重要組成部分，在效率、壽命和性能方面發(fā)揮著重要作用。為了滿足這些需求，隔離式 CAN 總線、差分菊花鏈通信和其他解決方案可以監(jiān)控電池組中的每個(gè)電池并傳遞有關(guān)溫度、電壓和電流的數(shù)據(jù)。

2.無(wú)線BMS

圖 1 顯示了一個(gè)典型的 BMS，包括一個(gè)微控制器 (MCU) 和支持電路、低壓側(cè)和高壓側(cè)之間的隔離、一個(gè)電池、一個(gè)電池監(jiān)控模塊和一個(gè)電流傳感器。在圖 1 中，M 是電動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)。電池信息、溫度和電壓通過有線接口報(bào)告，在圖中顯示為電池模塊之間的紅色和藍(lán)色扭曲。

圖1：典型的有線BMS

有線解決方案連接和隔離單元既困難又昂貴。如果發(fā)生事故，電線可能會(huì)斷裂，需要更換整個(gè)電池組。為此，汽車制造商和 BMS 解決方案公司正在轉(zhuǎn)向無(wú)線通信解決方案。

無(wú)線解決方案可以克服有線通信的問題，因?yàn)殡姵啬K可以直接將電池信息傳輸?shù)?/span>BMS MCU。然而，為了采用無(wú)線解決方案，它必須具有與有線系統(tǒng)相媲美的性能。這種性能的一個(gè)重要指標(biāo)是網(wǎng)絡(luò)可用性。對(duì)于無(wú)線 BMS，這稱為無(wú)線 BMS 可用性。

無(wú)線BMS連接的一個(gè)重要挑戰(zhàn)是能夠使用2.4GHz無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)必須立即可用，以便駕駛員可以啟動(dòng) EV 并實(shí)時(shí)管理電池。在這方面，TI 專有無(wú)線協(xié)議的可靠性和性能才是真正的亮點(diǎn)。

無(wú)線BMS可用性是指特定時(shí)間來(lái)自無(wú)線連接設(shè)備和無(wú)線主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的可用性。換句話說，無(wú)線 BMS 可用性是無(wú)線 BMS 網(wǎng)絡(luò)收集數(shù)據(jù)或控制電池健康監(jiān)測(cè)設(shè)備的平均時(shí)間百分比。圖 2 中的無(wú)線 BMS 網(wǎng)絡(luò)很好地說明了這一概念。

該網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主控制器和八個(gè)通過電池組 MCU 連接的無(wú)線設(shè)備組成。SimpleLink? 2.4GHz CC2662R-Q1 無(wú)線 MCU 評(píng)估模塊由主節(jié)點(diǎn)的無(wú)線部分和無(wú)線設(shè)備組成。對(duì)于每個(gè)無(wú)線設(shè)備，電池監(jiān)控/平衡器BQ79616-Q1 一起使用。BQ79616-Q1 測(cè)量 BMS 電池單元的電壓和溫度，并通過主節(jié)點(diǎn)控制器將充電狀態(tài)和健康數(shù)據(jù)傳輸?shù)?BMS CPU。

圖2：無(wú)線BMS入系統(tǒng)無(wú)線設(shè)備8狗連接

如果數(shù)據(jù)包傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤，即設(shè)備在任何時(shí)間間隔內(nèi)都不能正確解析任何無(wú)線節(jié)點(diǎn)或無(wú)線主節(jié)點(diǎn)的信息，則認(rèn)為該時(shí)間間隔內(nèi)網(wǎng)絡(luò)不可用。

必須準(zhǔn)確快速地處理數(shù)據(jù)。這是因?yàn)椋绻惶峁?zhǔn)確的信息，可能會(huì)導(dǎo)致電池發(fā)生故障并導(dǎo)致危險(xiǎn)情況。因此，無(wú)線BMS的安全性和可靠性非常重要。

通過 10 節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，TI 的無(wú)線 BMS 協(xié)議實(shí)現(xiàn)了大于10 -7的數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率。換句話說，這意味著在無(wú)線 BMS 運(yùn)行的 52.222 小時(shí)內(nèi)，有 100 毫秒的無(wú)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)可用，這意味著無(wú)線設(shè)備的利用率為 99.9999% 或更高。由于每個(gè)無(wú)線設(shè)備都是獨(dú)立的，無(wú)線BMS網(wǎng)絡(luò)的可用性也大于99.999%。

使用 TI 的專有無(wú)線協(xié)議和 CC2662R-Q1 MCU，TI 的無(wú)線 BMS 解決方案支持安全數(shù)據(jù)通信，可用性超過 99.999%，并使無(wú)線 BMS 能夠用于要求苛刻的內(nèi)部電池外殼環(huán)境。這些環(huán)境可能很棘手，因?yàn)樗鼈兾挥谟邢薜目臻g內(nèi)。這是因?yàn)樾盘?hào)在到達(dá)目的地之前從金屬板上反彈有明顯的衰減和反射。

TI 的無(wú)線 BMS 解決方案將改進(jìn)的無(wú)線協(xié)議與業(yè)界最佳的網(wǎng)絡(luò)可用性相結(jié)合，使汽車設(shè)計(jì)人員能夠消除笨重、昂貴和維護(hù)密集型電纜，并提高電動(dòng)汽車的可靠性和效率。