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深度:電動汽車有必要采用無線BMS嗎?

2022-02-26 00:31:15·  來源:知化汽車  
 
無線BMS一直是BMS領(lǐng)域一個比較活躍和吸引人關(guān)注的領(lǐng)域,探索較早、產(chǎn)業(yè)化最快的是TI(收購了凌特),早期有在BMW i3上的技術(shù)展示(由凌特提供),到現(xiàn)在即將在通
無線BMS一直是BMS領(lǐng)域一個比較活躍和吸引人關(guān)注的領(lǐng)域,探索較早、產(chǎn)業(yè)化最快的是TI(收購了凌特),早期有在BMW i3上的技術(shù)展示(由凌特提供),到現(xiàn)在即將在通用Ultium平臺上的量產(chǎn)(由AD(Analog Devices)提供)。無線BMS在摸索了多年之后,似乎終于要迎來了大規(guī)模應(yīng)用的曙光。
那么,為什么要采用無線BMS,無線BMS的本質(zhì)是什么,有沒有必要采用無線BMS?這里我們分別來探討下。
1、為什么要采用無線BMS
當(dāng)前的BMS方案因?yàn)橛羞B線線的存在(傳遞信號所需要)有很多的不足,概況來講:
(1)線束、及其插接頭一直都是發(fā)生失效和故障較多的地方,減少這些連接件的存在,可以降低電池包的失效率,提高運(yùn)行的安全可靠性;
(2)線束、及其插接頭在整包布置的時候需要額外地考慮其走線、空間,這消耗了電池包寶貴的可用空間,減少它們的存在,能夠提高整包的體積能量密度;
(3)線束(往往是銅線),及其插接頭,增加額外的重量、成本,會降低電池包的能量密度、增加整車的成本;
(4)線束,及其插接頭往往是需要人工來進(jìn)行裝配,這會增加整包生產(chǎn)的工時,增加人力成本,減少這些生產(chǎn)過程,能夠提升生產(chǎn)效率,降低制造成本。
這些是我們能夠直觀理解到的,也是能夠直接見效的,無線BMS本身還有其他的優(yōu)勢,在后面再補(bǔ)充。
2、無線BMS的本質(zhì)是什么
無線BMS的本質(zhì)是用無線通信的技術(shù),減少了從控CSU之間、從控與主控BMS之間的連接線,而電壓&溫度的采樣、以及將電壓和溫度傳送至從控CSU的方案不受影響;此外,BMS與繼電器、Pyrofuse、整車VCU之間的控制連接線也不受影響,這些地方當(dāng)前主流的方案均可使用。這點(diǎn)可以從AD的方案中看出,如下,左圖是當(dāng)前常規(guī)型BMS,右圖是無線BMS方案。
減少的是模組Module與從控CSU之間的灰色線、CSU之間與CSU和主控BMS之間的藍(lán)色線(菊花鏈)。
從TI的示例中也可以看出,所替代的僅是上圖(常規(guī)BMS)中的虛線部分。

去掉這些線束,這些位置的連線即是通過無線通信來實(shí)現(xiàn)的,具體的說,通過一個無線芯片,這個芯片會與目前已經(jīng)在使用的采集芯片和主控器芯片集成在一起,來構(gòu)成新的BMS板子。
以TI的無線BMS方案為例,主要由兩部分構(gòu)成,一個是負(fù)責(zé)電芯電壓和溫度采樣的監(jiān)控&均衡從控模塊CSU,一個是主控單元。
監(jiān)控&均衡的模塊由采集芯片BQ79616-Q1+無線通信芯片CC2662R-Q1構(gòu)成,BCU部分也是加上了無線通信芯片CC2662R-Q1。
其中,采集芯片BQ79616-Q1與現(xiàn)在常規(guī)的BMS采集芯片類似,主要組成如下,最低采集6串電芯,可支持到12串、14串、16串。TI的這款芯片有個特別之處,在于它宣稱可以在硬件水平上做到功能安全ASIL D的等級,而不需要軟件再去做相應(yīng)的安全開發(fā)。
無線通信芯片CC2662R-Q1的構(gòu)成如下,它是TI自己開發(fā)的一個芯片,最主要的是它的通信協(xié)議也是自己開發(fā)的。

由于沒有線束這種實(shí)物連接的存在,主控MCU和從控CSU之間無需再做額外的電絕緣處理,這進(jìn)一步減少了無線BMS在硬件電路上的元器件成本,和設(shè)計(jì)組裝的復(fù)雜性。
3、有沒有必要采用無線BMS
但是真的有必要上無線BMS嗎?就目前的BMS方案來看,我覺得不一定,主要還是成本。
首先,無論AD也好,還是TI也好,在對比當(dāng)前BMS方案時,所對比的是非常久遠(yuǎn)的方案:有長長的線束、有錯綜復(fù)雜的布置,但實(shí)際上它僅僅是減少從控、主控之間的連接,其他領(lǐng)域的連接技術(shù)已經(jīng)進(jìn)化了,比如現(xiàn)在用FPC代替采樣、或是直接將采集板與電芯布置在一起,用busbar等完成采樣或直接與電芯接觸(代表的案例是Model S Plaid、漢EV CTP、MODEL 3/Y),但這些位置的線束,并不是因?yàn)椴捎昧藷o線BMS而省掉的。
由于現(xiàn)在電芯在電池包內(nèi)的高度集成,已經(jīng)把從、主控之間的連接簡化為2-3根線束,不再是復(fù)雜的設(shè)計(jì),只是無法實(shí)現(xiàn)全自動化。

另一個方面,無線BMS在模組技術(shù)時代,能更好地應(yīng)用于電池包退役后的梯次利用(模組級別),但隨著電池包更高的集成度,模組時代也正在被淘汰,一切都還有太多的不確定因素。
單從技術(shù)角度來看,無線BMS無疑是值得研究的,不僅僅是零部件廠家,整車企業(yè)、電池企業(yè)包括寧德時代都在研究;但從商業(yè)和產(chǎn)業(yè)化角度來看,這最終仍是個成本與收益的較量,在現(xiàn)行的BMS集成方案上,看不到無線所代來的顯著優(yōu)勢。
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