電動(dòng)汽車自燃頻發(fā)，BMS能解決問題嗎？2021-07-28 08:04
車停著停著、電充著就就“自然而燃”了,針刺能解燃眉之急?
純電動(dòng)汽車怎么這么火爆?動(dòng)不動(dòng)就冒煙、自燃甚至爆炸?事實(shí)上,沒有主機(jī)廠敢不在電動(dòng)汽車上搭載BMS(電池管理系統(tǒng));那么,有了監(jiān)控電池狀態(tài)的BMS為什么還是不能制服電動(dòng)汽車的火爆脾氣,避免或減少這些事故呢?
近日,比亞迪股份董事長(zhǎng)王傳福呼吁將電池針刺實(shí)驗(yàn)納入國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn),但是,令人疑惑的是,出現(xiàn)發(fā)熱自燃等事故的電動(dòng)汽車都是在路上跑著因外力作用所致嗎?更多不都是在靜止的情況下發(fā)生?車停在那里或者是在充電,并沒有刺穿,也沒有碰撞,不也就燒起來(lái)了?好在大多數(shù)都是在車?yán)餆o(wú)人的情況下發(fā)生的。
自燃原因雖多,八九不離電池
燃燒的最重要條件就是溫度。夏天高溫,純電動(dòng)汽車或其他車型都容易發(fā)生自燃,因?yàn)殡姵?、電路最怕高?超過溫度臨界點(diǎn)就會(huì)引起電池發(fā)熱,出現(xiàn)冒煙直至自燃。然而,在寒冷的冬天,電動(dòng)汽車自燃事故也不少,為什么?還是溫度。雖然外界環(huán)境溫度很低,但顛簸、碰撞、積水路段行駛、電池電解液泄漏等都可能導(dǎo)致電池正負(fù)極或相關(guān)線路短路,由于短路部分接觸電阻變大產(chǎn)生高溫——熱失控,引起該處金屬溶化,產(chǎn)生火花或電弧,引燃周圍材料。
在現(xiàn)有電池化學(xué)條件下,要從電池本身來(lái)避免發(fā)熱自燃還不太可能,磷酸鐵鋰和三元鋰電都有自燃發(fā)生,雖然也有廠商稱自己的電池“永不自燃”,那只能是信不信由你。因此,必須利用一些手段來(lái)監(jiān)測(cè)和控制電池發(fā)熱,保證其在正常溫度條件下提供電力。
針刺可能是以蠡測(cè)海
“2021中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇”上,王傳福建議:“將電池針刺實(shí)驗(yàn)納入國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn),繼續(xù)完善電動(dòng)汽車安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)獒槾淘囼?yàn)是動(dòng)力電池測(cè)試中非常有效、苛刻的一種方法。” 2015年舊版國(guó)標(biāo)《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求及試驗(yàn)方法》明確規(guī)定:單體蓄電池進(jìn)行針刺試驗(yàn)時(shí),應(yīng)不爆炸、不起火。王傳福建議把動(dòng)力電池的針刺試驗(yàn)逐步列入強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)把目前熱擴(kuò)散試驗(yàn)要求的不短于5分鐘,提升到不短于30分鐘。
針刺試驗(yàn)與電動(dòng)汽車情況相仿 此前,比亞迪研發(fā)的“刀片電池”經(jīng)過最嚴(yán)苛的動(dòng)力電池測(cè)試“針刺實(shí)驗(yàn)”,被鋼針穿刺后,沒有發(fā)生明火及冒煙現(xiàn)象,溫度始終保持在30-60℃之間,沒有發(fā)生熱失控現(xiàn)象。
這當(dāng)然不是什么壞事,問題在于:一,針刺試驗(yàn)可以將安全性提高多少?二,在已經(jīng)發(fā)生的電動(dòng)汽車自燃中,有多少比例是因?yàn)轭愃漆槾淘囼?yàn)的情況而引發(fā)了自燃?三,即使電池通過了針刺試驗(yàn),有沒有其他情況也會(huì)造成自燃?類似的問題可能還會(huì)有很多。
或許,在目前,切實(shí)可行的辦法還是撇開電池材料,從電池的使用上下功夫解決如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池異常,迅速采取措施的問題。這就是人們熟知的電池管理系統(tǒng)。
BMS能解決什么問題?
以鋰離子電池為例,它需要在有限的溫度和工作電壓范圍內(nèi)工作才能獲得最佳性能和最安全的運(yùn)行。從車輛電氣化的功能安全角度考慮,既要防止生產(chǎn)工人、車主、機(jī)械師和車輛回收商免受高壓和電擊,又要保護(hù)電池免受穿刺和沖擊損傷,還要容納可能從電池中泄漏或排出的液體和氣體。由于鋰離子電池需要在比ICE車輛更有限的溫度范圍內(nèi)才能安全高效地工作,電池組設(shè)計(jì)中還要考慮熱安全,特別是車輛使用或充電中。
因此,監(jiān)測(cè)電池電壓和溫度就成為了鋰離子電池最佳性能和最安全操作的保證。每種類型的鋰離子電池的電壓和溫度范圍都是獨(dú)一無(wú)二的,超出此范圍,電池內(nèi)部就可能發(fā)生不良副反應(yīng),從而導(dǎo)致過度自熱,甚至導(dǎo)致長(zhǎng)期內(nèi)部電氣短路。過度自熱和內(nèi)部短路可能是級(jí)聯(lián)熱失控的第一步,是最大的安全隱患。
為了使電池組保持在安全工作范圍內(nèi),通常使用電池監(jiān)測(cè)專用集成電路(ASIC)測(cè)量電壓、溫度和電流,并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫姵乜刂茊卧?br />
在電動(dòng)乘用車中,通常有16個(gè)、96個(gè)或128個(gè)或更多電池單元需要測(cè)量。在電動(dòng)商用車中,電池單元數(shù)可能是其兩倍。電池系統(tǒng)有許多印刷電路板(PCB)連接,電池和監(jiān)控ASIC之間或ASIC之間的通信連接會(huì)因前面提及的原因發(fā)生故障,傳感器輸入可能開路或通信中斷。這時(shí),電池控制系統(tǒng)就變成了“盲操”,無(wú)法再管理電池組中電池的狀態(tài)。因此,檢測(cè)和處理諸如通信或電池與傳感器連接之類的故障,避免危險(xiǎn)事件就成為了功能安全的重要一環(huán)。關(guān)于功能安全,在ISO 26262道路車輛功能安全系列標(biāo)準(zhǔn)中有明確的定義,不再贅述。
回到電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng),電池單元電壓和溫度傳感器連接到電池監(jiān)測(cè)ASIC;控制處理器通過讀取測(cè)量信息來(lái)計(jì)算電池的當(dāng)前狀態(tài),確保操作在安全范圍內(nèi)進(jìn)行。對(duì)于高壓電池組,監(jiān)控ASIC以堆疊配置排列,每個(gè)ASIC并行測(cè)量多個(gè)單元。命令和數(shù)據(jù)通過一個(gè)隔離通信接口從ASIC傳輸?shù)紸SIC。
有BMS為什么還會(huì)燒車?
很顯然,這樣的系統(tǒng)是有線通信方式,既然是有線,就有可能因汽車的惡劣環(huán)境而出現(xiàn)“掉線”,這時(shí)系統(tǒng)便喪失了應(yīng)有的功能,形同虛設(shè)了。
線纜連接必須可靠 電動(dòng)汽車采用的傳統(tǒng)BMS面臨著諸多挑戰(zhàn):
每節(jié)電池都必須通過電纜連接到一個(gè)調(diào)節(jié)電量表現(xiàn)的監(jiān)控器,布線復(fù)雜;·線束和連接器是影響可靠性的常見原因,需要頻繁維護(hù)布線,保修費(fèi)用不菲;·為了使線纜連接更可靠,需要采用重型銅線,BMS中龐大而笨重的電纜會(huì)對(duì)續(xù)航能力、組件成本和安全性產(chǎn)生負(fù)面影響。
今天,電動(dòng)汽車對(duì)電池管理系統(tǒng)的要求在不斷變化,推動(dòng)著更高標(biāo)準(zhǔn)的安全要求,電池管理系統(tǒng)的創(chuàng)新正是實(shí)現(xiàn)突破的硬核所在。我們不僅需要用高精度電池監(jiān)控來(lái)確保滿足最嚴(yán)格的功能安全標(biāo)準(zhǔn),還要用冗余通信協(xié)議提供容錯(cuò)性,確保電池組的健康和安全狀態(tài),更重要的是確保這些監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能萬(wàn)無(wú)一失。
丟掉線纜,WBMS輕裝上陣
在以全數(shù)字化方式進(jìn)行的2021國(guó)際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì)(CES 2021)上,德州儀器(TI)率先發(fā)布了業(yè)內(nèi)首個(gè)通過T?V S?D評(píng)估、滿足ISO 26262 ASIL D功能安全等級(jí)的無(wú)線電池管理(WBMS)解決方案。
“2021中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇”上,TI中國(guó)區(qū)嵌入式與數(shù)字光處理應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)師英表示:“這一解決方案可以提供業(yè)界出色的網(wǎng)絡(luò)可用性,支持跨多平臺(tái)可靠擴(kuò)展,有助于汽車客戶設(shè)計(jì)制造更加安全、可靠、高效且行駛更遠(yuǎn)的電動(dòng)汽車。” 我們來(lái)看看WBMS能為電動(dòng)汽車帶來(lái)什么?
無(wú)線BMS解決方案通過采用優(yōu)異網(wǎng)絡(luò)可用性無(wú)線協(xié)議,有助于車輛設(shè)計(jì)師減少繁重、昂貴且需要頻繁維護(hù)的布線,提高電動(dòng)汽車的可靠性和效率,無(wú)疑是電動(dòng)汽車電池管理的一項(xiàng)重大革新。
無(wú)線BMS示例 利用無(wú)線BMS解決方案,主機(jī)廠能夠降低其電池系統(tǒng)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(zhǎng)行駛里程。得益于跨量產(chǎn)車型的靈活調(diào)整設(shè)計(jì),主機(jī)廠可以利用無(wú)線BMS更快地過渡到量產(chǎn)階段。
據(jù)介紹,該無(wú)線BMS產(chǎn)品由以下兩部分組成:
SimpleLink? 2．4GHz CC2662R-Q1無(wú)線微控制器(MCU):采用符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的Arm? Cortex? -M4,經(jīng)優(yōu)化可實(shí)現(xiàn)低功耗、擴(kuò)展溫度范圍和增強(qiáng)安全性;該器件采用專為無(wú)線BMS使用案例開發(fā)的新無(wú)線協(xié)議,解決了通信錯(cuò)誤檢測(cè)和安全問題。
BQ79616-Q1電池監(jiān)控平衡器:符合ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn),具備通信、溫度和電壓測(cè)量功能芯片級(jí)ASIL D等級(jí)。借助CC2662R-Q1無(wú)線MCU,可以在主機(jī)系統(tǒng)處理器與BQ79616-Q1之間進(jìn)行穩(wěn)定可靠和可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)交換。
“5個(gè)9”的可靠性
不言而喻,可靠性是保證電池安全的最重要因素,有線配置的BMS可靠性可想而知。與有線連接相比,無(wú)線MCU電池管理系統(tǒng)無(wú)線協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)業(yè)界最好的網(wǎng)絡(luò)可靠性(超過99．999%)和最大300ms的網(wǎng)絡(luò)重啟可用性。新開發(fā)的無(wú)線協(xié)議是基于2．4GHz頻段運(yùn)行的低功耗Bluetooth? 技術(shù)編制的專有無(wú)線BMS協(xié)議。
無(wú)線MCU可提供高吞吐量和低延遲的專用時(shí)隙,以防止數(shù)據(jù)丟失或損壞,使多個(gè)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(cuò)誤率小于10-7。
主機(jī)廠可以利用安全驅(qū)動(dòng)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(cè)試行動(dòng)小組(JTAG)協(xié)議鎖定的軟件IP保護(hù);高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)128位加密加速和消息完整性檢查。
多平臺(tái)可靠擴(kuò)展和系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)
考慮到主機(jī)廠的長(zhǎng)期設(shè)計(jì)需求,無(wú)線BMS創(chuàng)新技術(shù)還提供更高的可擴(kuò)展性。專有協(xié)議可提供市場(chǎng)上最高的吞吐量,使主機(jī)廠能夠在不同電池配置中(如32、48和60個(gè)電池單元的系統(tǒng)等)將采用單個(gè)無(wú)線片上系統(tǒng)的電池模塊與多個(gè)BQ79616-Q1電池監(jiān)控器相連。這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持多達(dá)100個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)都達(dá)到業(yè)界最低延遲(低于2ms),且每個(gè)節(jié)點(diǎn)的測(cè)量均可實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。
CC2662R-Q1無(wú)線MCU獨(dú)立于各個(gè)電池單元監(jiān)控裝置,不再需要菊花鏈隔離組件,減少了相應(yīng)成本。BQ79616-Q1電池監(jiān)控平衡器以同一封裝類型提供不同通道選項(xiàng),同時(shí)具有引腳對(duì)引腳兼容性,支持在任何平臺(tái)上完全重復(fù)使用既有的軟件和硬件。
主機(jī)廠的選擇靈活
總結(jié)一下
隨著人們對(duì)電動(dòng)汽車需求的持續(xù)高漲,主機(jī)廠更加關(guān)注如何通過既安全又具有成本效益的方式來(lái)提高汽車性能,以便生產(chǎn)出更可靠和更高效的電動(dòng)汽車。通過有線與無(wú)線BMS的對(duì)比,我們可以看到后者的諸多優(yōu)勢(shì)。
有線與無(wú)線BMS對(duì)比 誠(chéng)如Strategy Analytics動(dòng)力總成、車身、底盤和安全服務(wù)主管Asif Anwar所說:“無(wú)線電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用將是電動(dòng)汽車市場(chǎng)中一個(gè)日益增長(zhǎng)的趨勢(shì),因?yàn)檫@類進(jìn)展提供了更大的設(shè)計(jì)靈活性,相對(duì)于傳統(tǒng)系統(tǒng)也降低了復(fù)雜性和成本。將這些優(yōu)勢(shì)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(gè)可遵循的標(biāo)準(zhǔn)。”不管是作為業(yè)內(nèi)中人還是消費(fèi)者,我們都期待早日在量產(chǎn)車中看到無(wú)線電池管理系統(tǒng)的身影!
純電動(dòng)汽車怎么這么火爆?動(dòng)不動(dòng)就冒煙、自燃甚至爆炸?事實(shí)上,沒有主機(jī)廠敢不在電動(dòng)汽車上搭載BMS(電池管理系統(tǒng));那么,有了監(jiān)控電池狀態(tài)的BMS為什么還是不能制服電動(dòng)汽車的火爆脾氣,避免或減少這些事故呢?
近日,比亞迪股份董事長(zhǎng)王傳福呼吁將電池針刺實(shí)驗(yàn)納入國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn),但是,令人疑惑的是,出現(xiàn)發(fā)熱自燃等事故的電動(dòng)汽車都是在路上跑著因外力作用所致嗎?更多不都是在靜止的情況下發(fā)生?車停在那里或者是在充電,并沒有刺穿,也沒有碰撞,不也就燒起來(lái)了?好在大多數(shù)都是在車?yán)餆o(wú)人的情況下發(fā)生的。
自燃原因雖多,八九不離電池
燃燒的最重要條件就是溫度。夏天高溫,純電動(dòng)汽車或其他車型都容易發(fā)生自燃,因?yàn)殡姵?、電路最怕高?超過溫度臨界點(diǎn)就會(huì)引起電池發(fā)熱,出現(xiàn)冒煙直至自燃。然而,在寒冷的冬天,電動(dòng)汽車自燃事故也不少,為什么?還是溫度。雖然外界環(huán)境溫度很低,但顛簸、碰撞、積水路段行駛、電池電解液泄漏等都可能導(dǎo)致電池正負(fù)極或相關(guān)線路短路,由于短路部分接觸電阻變大產(chǎn)生高溫——熱失控,引起該處金屬溶化,產(chǎn)生火花或電弧,引燃周圍材料。
在現(xiàn)有電池化學(xué)條件下,要從電池本身來(lái)避免發(fā)熱自燃還不太可能,磷酸鐵鋰和三元鋰電都有自燃發(fā)生,雖然也有廠商稱自己的電池“永不自燃”,那只能是信不信由你。因此,必須利用一些手段來(lái)監(jiān)測(cè)和控制電池發(fā)熱,保證其在正常溫度條件下提供電力。
針刺可能是以蠡測(cè)海
“2021中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇”上,王傳福建議:“將電池針刺實(shí)驗(yàn)納入國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn),繼續(xù)完善電動(dòng)汽車安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)獒槾淘囼?yàn)是動(dòng)力電池測(cè)試中非常有效、苛刻的一種方法。” 2015年舊版國(guó)標(biāo)《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求及試驗(yàn)方法》明確規(guī)定:單體蓄電池進(jìn)行針刺試驗(yàn)時(shí),應(yīng)不爆炸、不起火。王傳福建議把動(dòng)力電池的針刺試驗(yàn)逐步列入強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)把目前熱擴(kuò)散試驗(yàn)要求的不短于5分鐘,提升到不短于30分鐘。
針刺試驗(yàn)與電動(dòng)汽車情況相仿 此前,比亞迪研發(fā)的“刀片電池”經(jīng)過最嚴(yán)苛的動(dòng)力電池測(cè)試“針刺實(shí)驗(yàn)”,被鋼針穿刺后,沒有發(fā)生明火及冒煙現(xiàn)象,溫度始終保持在30-60℃之間,沒有發(fā)生熱失控現(xiàn)象。
這當(dāng)然不是什么壞事,問題在于:一,針刺試驗(yàn)可以將安全性提高多少?二,在已經(jīng)發(fā)生的電動(dòng)汽車自燃中,有多少比例是因?yàn)轭愃漆槾淘囼?yàn)的情況而引發(fā)了自燃?三,即使電池通過了針刺試驗(yàn),有沒有其他情況也會(huì)造成自燃?類似的問題可能還會(huì)有很多。
或許,在目前,切實(shí)可行的辦法還是撇開電池材料,從電池的使用上下功夫解決如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池異常,迅速采取措施的問題。這就是人們熟知的電池管理系統(tǒng)。
BMS能解決什么問題?
以鋰離子電池為例,它需要在有限的溫度和工作電壓范圍內(nèi)工作才能獲得最佳性能和最安全的運(yùn)行。從車輛電氣化的功能安全角度考慮,既要防止生產(chǎn)工人、車主、機(jī)械師和車輛回收商免受高壓和電擊,又要保護(hù)電池免受穿刺和沖擊損傷,還要容納可能從電池中泄漏或排出的液體和氣體。由于鋰離子電池需要在比ICE車輛更有限的溫度范圍內(nèi)才能安全高效地工作,電池組設(shè)計(jì)中還要考慮熱安全,特別是車輛使用或充電中。
因此,監(jiān)測(cè)電池電壓和溫度就成為了鋰離子電池最佳性能和最安全操作的保證。每種類型的鋰離子電池的電壓和溫度范圍都是獨(dú)一無(wú)二的,超出此范圍,電池內(nèi)部就可能發(fā)生不良副反應(yīng),從而導(dǎo)致過度自熱,甚至導(dǎo)致長(zhǎng)期內(nèi)部電氣短路。過度自熱和內(nèi)部短路可能是級(jí)聯(lián)熱失控的第一步,是最大的安全隱患。
為了使電池組保持在安全工作范圍內(nèi),通常使用電池監(jiān)測(cè)專用集成電路(ASIC)測(cè)量電壓、溫度和電流,并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫姵乜刂茊卧?br />
在電動(dòng)乘用車中,通常有16個(gè)、96個(gè)或128個(gè)或更多電池單元需要測(cè)量。在電動(dòng)商用車中,電池單元數(shù)可能是其兩倍。電池系統(tǒng)有許多印刷電路板(PCB)連接,電池和監(jiān)控ASIC之間或ASIC之間的通信連接會(huì)因前面提及的原因發(fā)生故障,傳感器輸入可能開路或通信中斷。這時(shí),電池控制系統(tǒng)就變成了“盲操”,無(wú)法再管理電池組中電池的狀態(tài)。因此,檢測(cè)和處理諸如通信或電池與傳感器連接之類的故障,避免危險(xiǎn)事件就成為了功能安全的重要一環(huán)。關(guān)于功能安全,在ISO 26262道路車輛功能安全系列標(biāo)準(zhǔn)中有明確的定義,不再贅述。
回到電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng),電池單元電壓和溫度傳感器連接到電池監(jiān)測(cè)ASIC;控制處理器通過讀取測(cè)量信息來(lái)計(jì)算電池的當(dāng)前狀態(tài),確保操作在安全范圍內(nèi)進(jìn)行。對(duì)于高壓電池組,監(jiān)控ASIC以堆疊配置排列,每個(gè)ASIC并行測(cè)量多個(gè)單元。命令和數(shù)據(jù)通過一個(gè)隔離通信接口從ASIC傳輸?shù)紸SIC。
有BMS為什么還會(huì)燒車?
很顯然,這樣的系統(tǒng)是有線通信方式,既然是有線,就有可能因汽車的惡劣環(huán)境而出現(xiàn)“掉線”,這時(shí)系統(tǒng)便喪失了應(yīng)有的功能,形同虛設(shè)了。
線纜連接必須可靠 電動(dòng)汽車采用的傳統(tǒng)BMS面臨著諸多挑戰(zhàn):
每節(jié)電池都必須通過電纜連接到一個(gè)調(diào)節(jié)電量表現(xiàn)的監(jiān)控器,布線復(fù)雜;·線束和連接器是影響可靠性的常見原因,需要頻繁維護(hù)布線,保修費(fèi)用不菲;·為了使線纜連接更可靠,需要采用重型銅線,BMS中龐大而笨重的電纜會(huì)對(duì)續(xù)航能力、組件成本和安全性產(chǎn)生負(fù)面影響。
今天,電動(dòng)汽車對(duì)電池管理系統(tǒng)的要求在不斷變化,推動(dòng)著更高標(biāo)準(zhǔn)的安全要求,電池管理系統(tǒng)的創(chuàng)新正是實(shí)現(xiàn)突破的硬核所在。我們不僅需要用高精度電池監(jiān)控來(lái)確保滿足最嚴(yán)格的功能安全標(biāo)準(zhǔn),還要用冗余通信協(xié)議提供容錯(cuò)性,確保電池組的健康和安全狀態(tài),更重要的是確保這些監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能萬(wàn)無(wú)一失。
丟掉線纜,WBMS輕裝上陣
在以全數(shù)字化方式進(jìn)行的2021國(guó)際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì)(CES 2021)上,德州儀器(TI)率先發(fā)布了業(yè)內(nèi)首個(gè)通過T?V S?D評(píng)估、滿足ISO 26262 ASIL D功能安全等級(jí)的無(wú)線電池管理(WBMS)解決方案。
“2021中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇”上,TI中國(guó)區(qū)嵌入式與數(shù)字光處理應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)師英表示:“這一解決方案可以提供業(yè)界出色的網(wǎng)絡(luò)可用性,支持跨多平臺(tái)可靠擴(kuò)展,有助于汽車客戶設(shè)計(jì)制造更加安全、可靠、高效且行駛更遠(yuǎn)的電動(dòng)汽車。” 我們來(lái)看看WBMS能為電動(dòng)汽車帶來(lái)什么?
無(wú)線BMS解決方案通過采用優(yōu)異網(wǎng)絡(luò)可用性無(wú)線協(xié)議,有助于車輛設(shè)計(jì)師減少繁重、昂貴且需要頻繁維護(hù)的布線,提高電動(dòng)汽車的可靠性和效率,無(wú)疑是電動(dòng)汽車電池管理的一項(xiàng)重大革新。
無(wú)線BMS示例 利用無(wú)線BMS解決方案,主機(jī)廠能夠降低其電池系統(tǒng)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(zhǎng)行駛里程。得益于跨量產(chǎn)車型的靈活調(diào)整設(shè)計(jì),主機(jī)廠可以利用無(wú)線BMS更快地過渡到量產(chǎn)階段。
據(jù)介紹,該無(wú)線BMS產(chǎn)品由以下兩部分組成:
SimpleLink? 2．4GHz CC2662R-Q1無(wú)線微控制器(MCU):采用符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的Arm? Cortex? -M4,經(jīng)優(yōu)化可實(shí)現(xiàn)低功耗、擴(kuò)展溫度范圍和增強(qiáng)安全性;該器件采用專為無(wú)線BMS使用案例開發(fā)的新無(wú)線協(xié)議,解決了通信錯(cuò)誤檢測(cè)和安全問題。
BQ79616-Q1電池監(jiān)控平衡器:符合ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn),具備通信、溫度和電壓測(cè)量功能芯片級(jí)ASIL D等級(jí)。借助CC2662R-Q1無(wú)線MCU,可以在主機(jī)系統(tǒng)處理器與BQ79616-Q1之間進(jìn)行穩(wěn)定可靠和可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)交換。
“5個(gè)9”的可靠性
不言而喻,可靠性是保證電池安全的最重要因素,有線配置的BMS可靠性可想而知。與有線連接相比,無(wú)線MCU電池管理系統(tǒng)無(wú)線協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)業(yè)界最好的網(wǎng)絡(luò)可靠性(超過99．999%)和最大300ms的網(wǎng)絡(luò)重啟可用性。新開發(fā)的無(wú)線協(xié)議是基于2．4GHz頻段運(yùn)行的低功耗Bluetooth? 技術(shù)編制的專有無(wú)線BMS協(xié)議。
無(wú)線MCU可提供高吞吐量和低延遲的專用時(shí)隙,以防止數(shù)據(jù)丟失或損壞,使多個(gè)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(cuò)誤率小于10-7。
主機(jī)廠可以利用安全驅(qū)動(dòng)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(cè)試行動(dòng)小組(JTAG)協(xié)議鎖定的軟件IP保護(hù);高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)128位加密加速和消息完整性檢查。
多平臺(tái)可靠擴(kuò)展和系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)
考慮到主機(jī)廠的長(zhǎng)期設(shè)計(jì)需求,無(wú)線BMS創(chuàng)新技術(shù)還提供更高的可擴(kuò)展性。專有協(xié)議可提供市場(chǎng)上最高的吞吐量,使主機(jī)廠能夠在不同電池配置中(如32、48和60個(gè)電池單元的系統(tǒng)等)將采用單個(gè)無(wú)線片上系統(tǒng)的電池模塊與多個(gè)BQ79616-Q1電池監(jiān)控器相連。這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持多達(dá)100個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)都達(dá)到業(yè)界最低延遲(低于2ms),且每個(gè)節(jié)點(diǎn)的測(cè)量均可實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。
CC2662R-Q1無(wú)線MCU獨(dú)立于各個(gè)電池單元監(jiān)控裝置,不再需要菊花鏈隔離組件,減少了相應(yīng)成本。BQ79616-Q1電池監(jiān)控平衡器以同一封裝類型提供不同通道選項(xiàng),同時(shí)具有引腳對(duì)引腳兼容性,支持在任何平臺(tái)上完全重復(fù)使用既有的軟件和硬件。
主機(jī)廠的選擇靈活
總結(jié)一下
隨著人們對(duì)電動(dòng)汽車需求的持續(xù)高漲,主機(jī)廠更加關(guān)注如何通過既安全又具有成本效益的方式來(lái)提高汽車性能,以便生產(chǎn)出更可靠和更高效的電動(dòng)汽車。通過有線與無(wú)線BMS的對(duì)比,我們可以看到后者的諸多優(yōu)勢(shì)。
有線與無(wú)線BMS對(duì)比 誠(chéng)如Strategy Analytics動(dòng)力總成、車身、底盤和安全服務(wù)主管Asif Anwar所說:“無(wú)線電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用將是電動(dòng)汽車市場(chǎng)中一個(gè)日益增長(zhǎng)的趨勢(shì),因?yàn)檫@類進(jìn)展提供了更大的設(shè)計(jì)靈活性,相對(duì)于傳統(tǒng)系統(tǒng)也降低了復(fù)雜性和成本。將這些優(yōu)勢(shì)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(gè)可遵循的標(biāo)準(zhǔn)。”不管是作為業(yè)內(nèi)中人還是消費(fèi)者,我們都期待早日在量產(chǎn)車中看到無(wú)線電池管理系統(tǒng)的身影!
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