——随着下一代电池管理系统(BMS)实现无线化,电动汽车内部错综复杂的通信布线将减少,从而有助于延长行驶里程并提高可靠性。

2021年1月22日
 

借助我们针对电动汽车(EV)无线电池管理系统开发的全新解决方案,客户可以设计出更轻、每次充电后行驶里程更远且满足高水平安全标准的电动汽车,从而提高可靠性。除了舒适的内饰和精美的仪表板,制造商还会在电动汽车的机箱安装尽可能多的电池。更多的电池意味着更大的充电容量,从而使汽车具有更远的行驶里程,这也是消费者的一项重要需求。

但是,每块电池必须连接监测器。监测器向控制器报告关键信息,进而更大限度改善电池的健康状态和性能。由于典型的电动汽车串联了近100节电池,其中几英尺/米和几磅/公斤的重型铜线会形成迷宫般庞大的电池管理布线,占用了许多宝贵的空间。上述所有导线的重量会缩短行驶里程、降低可靠性并增加成本。

我们全新的无线电池管理系统包括专有的无线连接协议和一组电子芯片,并率先支持系统级功能安全合规性,不需要繁重、昂贵且需要频繁维护的布线,给电动汽车的设计带来了新的机遇。

 

 

“这就像在一块空白的画布上进行设计,”TI专攻连接解决方案的汽车产品营销工程师Daniel Torres说,“当你不必担心导线问题时,就可以找到充分利用空间的新方法,甚至可以搭配使用不同尺寸和类型的电池。”

BMS:幕后的关键组件

电动汽车车主可能对他们汽车的电池管理系统了解不多,但实际上,电池管理系统是至关重要的组件,负责监测所有电池的电压、电流和温度。
    “最重要的是,BMS可以更大限度提高电动汽车的性能、可靠性和使用寿命,”TI汽车电池产品的产品线经理Ankush Gupta提到,“通过精心管理电池的充电和其他工作特性,可以在需要时充分利用每块电池中的电量,同时确保电池不会提前出现电量不足或受到损坏。而且,消除通信导线会使车辆更轻,我们也有更大的空间、自由度和灵活性来设计具有先进电池功能的电动汽车。”

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Ankush和Daniel说,这一成果可以直接帮助减轻“里程焦虑”,即对电量耗尽的恐惧,正是这样的焦虑和恐惧使得许多消费者对于节能、无排放的电动汽车望而却步。

无线BMS的强大功能

无线化解决方案还能解决电动汽车独有的缺陷:密集的布线和用于固定线缆以及线束可能导致的故障。 

“线束和连接器是易受振动、潮湿和其他问题影响的机械部件,”TI动力总成系统工程师Mark Ng解释说,“它们比电池本身更有可能需要维修。” 

使用无线BMS可避免这一缺陷,从而节省了电动汽车行业昂贵的维修费用,并使维修电池变得更简单、更经济。 而且无线化的优势不仅仅局限于汽车的电池使用时间。 老化的电动汽车电池在汽车中完成使命后,还可以回收、重新部署到数据中心的电池备用装置,或作为能量存储装置连接太阳能或风能发电设施,其无线功能可在这些应用中提供轻松监测。 

“从工厂车间到仓库,到车辆,再到拆卸后作为能量存储装置,人们在电池的整个生命周期中都需要监测电池。”Daniel说,“不必在每种新场景下都用电线将电池连接起来,只需将电池放在架子上就可以无线读取数据了。” 

工程挑战

用于实现这一目标的无线BMS解决方案设计需要高度协作,需要将电池管理、连接性和汽车系统方面拥有专业知识的TI工程师集中在一起进行攻关。各种要求令人望而生畏,TI负责2.4GHz连接领域的业务线经理Ram Vedantham表示。“许多需求相互矛盾,”他说,“在整个设计过程中,我们花了很多时间进行头脑风暴和白板展示,而且时间紧迫。”

例如,该解决方案需要具有高吞吐量,以便在恶劣、嘈杂的环境中于几毫秒内从近100块电池中收集数据,实现2毫伏的精度,并且错误率为千万分之一。此外,芯片需要以较低的功耗运行,以免在停放汽车中监测热量管理情况时耗尽电池。

为了解决这些设计难题,连接解决方案团队开发了一种可靠的专有无线协议,以便在要求2.4GHz无线网络实时可用性的环境中进行通信。网络必须随时可用,以便驾驶员在启动电动汽车后,系统可以实时监测和管理电池并进行通信。

“我们的设计思路是每次通过按一下按钮启动汽车后,网络能连接所有必要的元件。”Ram说,“这里体现了我们全新的专有无线协议的可靠性和性能。我们的团队努力开发无缝融合无线技术先进功能的创新型解决方案,确保协议可以提供出色的性能、功耗和功能,从而满足系统要求。” 

团队必须突破无线连接的极限,以便在不降低可靠性的情况下提高电池的性能水平,Ankush说。 

在功能安全方面具有先进优势

作为对团队工作成果的验证,我们的解决方案经过了知名功能安全评估机构TÜV-SÜD的评估,并评为先进的无线BMS概念。此解决方案经验证符合系统级功能安全合规性(可达ASIL D等级),此标准在道路安全方面具有很高的完整性要求,是电动汽车制造商的一项重要考虑因素。经评估和认证,这一概念也符合工业应用中的SIL3标准。 

“我们的客户关心他们的系统是不是安全可靠,”Mark说,“我们的系统级概念经过知名功能安全评估机构的独立评估,符合功能安全合规性(可达ASIL D等级)。” 

易于实施

无线电池管理系统不需要太多的布线或重新配置,因此更易于实施。 

“可以快速在全新和现有的汽车型号中添加无线BMS,我们的客户立即就能节省空间,”Ram说。因此,汽车制造商正计划在未来几年内将无线BMS解决方案整合到他们量产的汽车中,并以更快的速度在他们下一代的汽车中采用这项新技术。

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对于消费者来说,无线BMS可能意味着更低的电动汽车成本以及更好的续航能力和可靠性,让他们的车辆更环保。“通过使用专门为这种用途开发的全新无线连接协议,我们的无线BMS解决方案在电动汽车领域具有真正出色的性能和安全性,”Ram说,“这意味着汽车制造商能够比以往更快地让这项技术造福于消费者。”  Daniel补充说:“目前,购买电动汽车可能对大多数人来说成本过高,或者他们担心电力消耗问题。无线BMS使能够我们更进一步推动电动汽车的广泛运用。”

我们热衷于让世界更美好

帮助客户开发无线电池管理系统(BMS),实现重量更轻、续航更远的电动汽车,展现了TI创新者对公司使命愿景——通过半导体技术降低电子产品成本,让世界变得更美好——的践行。每一代创新都建立在上一代创新的基础之上,使我们的技术变得更小巧、更高效、更可靠、更实惠,从而开拓了新市场并实现半导体在电子产品领域的广泛应用。在TI,我们将其视为工程的进步。这正是我们数十年来乃至现在一直在做的事。