增强电动汽车续航和安全性的秘密：BMS系统从有线到无线

新能源汽车引燃了电子许多相关细分子行业的发展，数据显示2010年全球道路上只有1.7万辆电动汽车，到2020年全球新能源汽车的销量首次突破300万，经历了整整黄金10年，这一市场带动了上下游变革，而市场还在持续攀升中。英国《金融时报》预测，全球电动汽车销量今年或将增长50%或更多。

当驾驶新能源汽车时，最大考虑的因素会是什么？对于大部分人来说，最让人头疼的便是“里程焦虑症”和“整车安全性”。数据显示，2020年全球电动汽车动力电池装机量达到137GWh，从电池端来说，掌握着里程数和安全性的底线，技术上分为三元锂电池和磷酸铁锂电池两派，电池技术飞速发展下，完美磷酸铁锂电池也已逐渐浮出水面。那么除了电池本身素质，还有什么与续航和安全相关？这就是BMS系统。

日前，TI针对BMS发布了CC2662R-Q1和BQ79616-Q1两款无线BMS主要功能元器件，21ic中国电子网记者受邀参加此次发布会，揭秘延长续航和安全性背后的秘密。

电动汽车BMS需要从有线变为无线

“电动汽车BMS当前正面临着挑战”，德州仪器 (TI) 中国区嵌入式与数字光处理应用技术总监师英 (Jerry Shi) 为记者介绍表示，目前基本路面行驶的新能源汽车BMS系统都是有线的，而电缆是影响电动汽车续航、可靠性、价格和安全性的关键之处，几磅重的电缆会对整车产生各方面负面影响。

这主要体现在4个方面：一是，每节电池都必须通过电缆连接到一个调节电量表现的监控器；二是由于电缆故障而进行的保修费用很高，更换电池也很昂贵；三是，线束和连接器是导致电缆故障的常见原因；四是，为了使电缆连接更可靠，需要采用重型铜线，而这会在电池管理中造成电缆布置复杂且庞大。

出于这种考虑，TI设计研发了无线BMS方案，并成为业界首个通过TÜV（SÜD）南德认证的先进方案，旨在延长续航里程并提高可靠性和安全性。根据师英的介绍，该方案安全实现业界出色的网络可用性无线协议，并提供跨多个平台、进行可靠性系统级设计的自由。

TI拥有兼并续航和安全性的无线BMS方案

TI的在无线BMS中使用到的元器件是SimpleLink CC2662R-Q1和BQ79616-Q1两个新产品，前者为无线MCU，后者则为电池监控器和平衡器，二者相辅相成，是构成无线BMS的最主要的两个元器件。

根据师英的介绍，CC2662R-Q1是一颗基于Arm Cotex-M4的无线MCU片上系统，该产品符合AEC-Q100标准，具有低功耗、扩展的温度范围和增强的安全性。

具体参数来说，尺寸为7mm x 7mm，采用具有可湿性侧面(WF)的48引脚QFN封装，在RAM完全保留运行状态下待机电流低至0.94μA，无线链路预算达到到出色的97dBm，器件可在-40℃至105℃范围内工作，拥有AEC 128位和256位加密加速器。

BQ79616-Q1作为BMS的电池监控器，符合ISO26262功能安全标准，具备通信、温度和电压测量功能芯片级ASIL D等级。

具体参数来说，尺寸为10mm x 10mm，采用64引脚HTQFP封装，可在-40℃至125℃范围内工作，拥有多种独特特性包括：电池电量平衡、集成ADC、多电池支持、断线检测、过热保护、过压保护、单独MCU需求、可堆叠（内置接口）、温度感应、低温保护、低压保护。

相比市场同类市场产品的优势所在

根据师英的介绍，TI的无线BMS与市场同类产品相比拥有四个亮点：

其一，拥有专有的无线协议系统。片上集成射频无线子系统、可在2.4GHz带宽上实现短距离无线通讯，可在主机系统处理器与BQ79616-Q1电池监控器和平衡器之间进行稳定可靠且可扩展的数据交换。

其二，拥有业界领先的网络可用性。根据师英介绍，这套无线BMS网络可用性指标数据为99.999%，万一当0.001%的故障发生时，可在300ms最大可用性内重新启动网络；另外还拥有拥有专用时隙可提供高吞吐量和低延迟，从而进一步保护数据免受丢失或损坏；值得一提的是，在这样的无线协议之下，还可使多个电池单元向主MCU发送±2mV精度的电压数据和温度数据，且网络数据包错误率小于10^-7。

其三，拥有业界领先的扩展性。师英告诉记者，基于BQ79616和CC2662这两个芯片搭建的无线BMS方案上，可以达到最多支持100多个节点，并且每个节点能够达到业界领先的2ms超低延迟，每个节点还可进行时间同步测量。

其四，能够多维度降低BMS的系统成本。师英强调，正因现在每个节点之间都是无线连接的，也就省去了原来复杂和昂贵的除电缆之外的隔离电路；又因其本身物理上就是隔离的，可以消除对菊花链隔离元件的需求，降低了这方面成本；除此之外BQ79616-Q1本身从属于系列芯片，拥有引脚和软件兼容12通道、14通道和16通道的选择，通过不同组合可以防止通道的浪费，从而节省成本。

展望无线连接的未来

“无线BMS肯定是符合BMS的趋势，当然并非所有的BMS系统会转到无线，但很多OEM（原始设备制造商）已在考虑无线BMS，这是因为无线的优势是很明确的”，德州仪器 (TI) 系统工程经理吴万邦 (Mark Ng)告诉记者，市场很多跃跃欲试的人并不确定无线BMS是否与优先一样安全和高性能，市场现有许多无线协议仅仅在软件层面上解决，而TI则是从电池方案开始到独立设计自己的无线协议，因此具有各种优势。

“从有线BMS迁移到无线BMS，对于工程师来说最大的转变就是需要一个学习曲线”，师英强调，学习曲线是工程师在触及任何新设计任务都会面临的问题，TI拥有从硬件到软件的完善的参考设计，工程师只需要很短的时间便可将应用搭建在参考设计之上。

“事实上，其他控制领域也已逐渐渗透无线的概念“，师英表示，在汽车领域里有很多无线的应用，这些无线应用包括了各种V2X（vehicle to everything，即车对外界的信息交换），包括了各种安全的监控，诸如传统的TPMS（轮胎压力监测系统）系统。除此之外，RFID领域诸如手机作为汽车钥匙的应用都是无线的应用。

笔者认为，从有线到无线迁移是必然的趋势，其在缩减尺寸、减少功耗、减少设计的复杂度等维度上来说具有重要意义，而大面积应用只有待器件拥有极强的性能和安全性上，才能让更多人加入无线设计的行列，TI的无线BMS正是这样的方案。