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德州儀器:淺析無線電池管理系統的設計思路及優點

2021.1.18 新聞中心 1/18每日新

全球汽車快訊 據外媒報導,All About Circuits的記者與德州儀器Texas InstrumentsTI)的技術代表探討了有線電池監測系統battery monitoring systemBMS的設計難點,並詢問該公司的無線電池管理系統及其他類似系統是如何為車輛提供助力的。
 

有線電池監測系統的缺點
 

從系統角度看,挑戰在於整合了太多的電池電芯,而所有電芯都務必處於持續監測狀態,從而優化電池的健康程度及性能並探查電池異常。

傳統的電池管理系統(battery management systemsBMS)有一個節點,可與監視器實現連接。通常,標準的電動車電池擁有逾百個電芯。若為這類電池系統組態一款有限電池監測系統,這意味著需要再安裝數英尺的線纜。
 

然而,令人遺憾的是,如今絕大多數的電池管理系統都是這麼幹的。這類電線會為電池系統增重,且佔據底盤相當大的空間。若騰出這類空間,可配置其他部件,甚至多配置一些電芯。

此外,也可能是最重要的一點,線纜及所需的接頭通常是電氣系統發生故障的重要誘因,這意味著,擁有數百個節點的有線電池監測系統或更易發生電池故障。
 

解決方案:採用無線電池管理系統


 

為此,德州儀錶等部分製造商採用了無線電池管理系統這類解決方案。
 

在無線電池管理系統中,無線介面被用於從電池節點監控器向主機微控制單元傳輸資料。這麼做的好處顯而易見,無需使用笨重且易出問題的線纜。理論上,該方案可剔除線纜、減輕重量、縮小面積並提升可靠性。
 

德州儀器汽車系統動力系統部總經理Karl-Heinz Steinmetz談到了無線電池管理系統的好處,其中就包括降低設計上的複雜性。他解釋道:這意味著我們不再需要使用物料清單、線束、連接器、變壓器和電容。相反,我們正在採用單獨的一塊積體電路板。
 

然而,無線電池管理系統肯定也存在工程設計考量。為提高這類方案的效用,該方案勢必要做到高精度地即時監控,這意味著該方案需要在截取精確測量值的同時傳輸並接收無線資料,且須確保高輸出量和低錯誤率。然而,在汽車底盤這類又熱、雜訊又高的操作環境(工況)下,上述多項任務的實現難度較大。

此外,該系統的耗電量必須低,因為電池耗電量大的話,肯定不是個可行的好方案。
 

德州儀器旨在推出即時無線電池管理系統


 

如今,德州儀錶引入了自主的無線電池管理系統,其中包括一款擁有專利權的無線協定,該協定似乎能應對許多網路連接層面上的技術挑戰。這款新方案集成了兩塊晶片——CC266C2R-Q1無線微控制單元和BQ79616-Q1電池監控器與等化器。
 

德州儀錶宣稱,該方案的精度可達到±2 mV,網路分組錯誤率(network packet error rate)不到10-7,網路的可用性達到了99.999%。此外,在最佳網路狀態下,其傳輸速率高達1.2Mbps。極高的網路可用性與高網路輸送量保障了資料的可用性——這意味著可靠的即時電池監測。
 

德州儀器2.4 GHz業務線(Business Line)經理Ram Vedantham還解釋了德州儀器是如何實現上述成果的:由於汽車底盤發揮了法拉第籠(faraday cage)的作用,所有的介面都是已知的,且涵蓋在系統內。為此,我們的協議經過了縝密的設計,融合了分時分多工(time-division multiplexing)和跳頻(frequency hopping),我們竭力全力實現降噪。
 

讓車輛更智能
 

該系統似乎非常看好電動車的技術進步。儘管目前尚未提供首款可用的無線電池管理系統,但德州儀器的方案規格極有可能成為有線電池監測系統的替代方案。值得注意的是,這款方案率先實現了ASIL-D合規性,前者是最嚴苛的安全要求。
 

在剔除線纜後,無線電池管理系統及該公司的方案專注於實現減重、提升可靠性並減少電池管理系統的體積。若底盤騰出更多空間,設計人員或將更輕鬆地整合更多智慧功能或新增電池電芯,從而提升電動車的續航里程數。(本文為編譯作品,所用英文原文和圖片選自allaboutcircuits.com