摆脱线缆束缚的无线BMS系统
作者：李诚
电动汽车的发展已进入快车道，据商务部统计数据显示，今年我国前三季度新能源汽车成交量215.7万辆，市场渗透率12.4%。电动汽车智能化的发展，也为BMS系统迎来了新的变革。汽车BMS系统是汽车与电池组之间通信的桥梁，起到对电池组运行的温度、电压、电流，进行实时的数据采集、分析、储存，并将采集、分析好的数据与外部设备完成交换，避免电池过充、过放、温度过高等问题的出现，在一定程度上保证了电池的性能，延长了电池的寿命。
图源：ADI
无线BMS系统的优、劣
目前，汽车BMS系统按通信方式可分为：有线BMS系统、无线BMS系统。有线BMS系统是通过CAN总线或iosSPI总线作为菊花链形式，将电池组、从控芯片与主控芯片连接起来，实现数据监测、传输的；无线BMS系统是通过无线组网的形式，将电池组、从控芯片与主控芯片连接，通过无线通信完成电池组的状态监测和数据传输。
灵活性，无线BMS系统使用无线网络作为连接方式，摆脱线缆的束缚，这使得电池组可以灵活地布局摆放，并且，可根据实际需求，随意增加或删减对电池实时状态侦测的设备。
稳定性，有线BMS是通过线缆连接的方式进行通信，线缆长时间在高温的汽车内部环境使用，通常会出现线路老化的问题，一旦出现问题，众多的线缆会给检测与修复带来较大的难度。而无线BMS就不用担心通信线缆老化的问题，并且数据的传输速率和时延都能得到较好的保证，提高了对电池组状态的感知能力。
成本低，无线BMS与有线BMS系统，最本质的区别就是减少了通信线缆的铺设，通信线缆和连接器的用量都会有所减少，在一定程度上降低了造车成本，减小了BMS系统的空间占比。
不足，由于无线BMS采用的是无线通信的方式，与有线BMS内部闭环通信不同，若无线通信的安全系数不高，可能会存在传输的数据信息被拦截获取的情况。
虽然电动车的保有量日渐增多，但消费者对电动汽车的安全性和续航里程仍有顾虑，为打消消费者这一顾虑，TI、ADI等相继推出了无线BMS解决方案。
TI 无线BMS系统解决方案
TI为提高电动车的续航能力，于今年初，发布了无线BMS解决方案，该方案采用CC2662R-Q1无线MCU与BQ79616-Q1电池监控器的方式，实现对电池电量、温度、电流、电压的检测，并将数据通过无线传输的方式与主控芯片完成通信。方案的发布减少了通信线路的铺设，提高了电动汽车的可靠性和效率，是首个通过ASIL-D验证的无线BMS。
图源：TI
SimpleLinkCC2662R-Q1是应用于汽车BMS系统的无线MCU，该MCU采用的是基于ARM架构的Cortex-M4F，主频频率达－48MHz。CC2662R-Q1内部集成了352KB的可编程Flash、256KB的ROM、8KB的SRAM。CC2662R-Q1支持2.4 GHz WiFi、低功耗蓝牙、Zigbee、Sub-1 GHz等无线通讯方式，并且兼容TI专有的无线BMS协议，可实现快速组网。CC2662R-Q1具有低功耗的特点，接收状态电流为 6.9 mA，发射信号强度在0 dBm和5 dBm时，工作电流分别为7.3 mA和9.6 mA，处于待机状态时待机电流为0.94μA。
据TI官方显示，通过TI专有的无线通信协议进行数据传输，具有延时低、传输速率高（1.2Mbps数据吞吐）等特点，并且具有较高的稳定性，数据丢包率极低，PER（<10-7）。CC2662R-Q1无线MCU还支持无线OTA，系统拓展性强。
BQ79616-Q1是一款16通道的汽车电池监控芯片，主要应用于高压BMS中，对高压电池实时监控。该芯片能在 128μs内完成一个周期的电池数据检测。BQ79616-Q1片上集成了数模转换器、低通滤波器，方便对滤波后的直流电压进行监测，提高电压监测精度，方便MCU对电池充电状态的判断。同时，BQ79616-Q1还具有电池温度监测和电池内部自动平衡的功能，一点监测到电池数据异常，会立即停止电池的充放电做工，避免电池温度过高，引发火灾其他危险。
BQ79616-Q1采用了，电容隔离和变压器隔离的双隔离式双向菊花链，将电池连接起来。在接口方面，该芯片具有8个GPIO口和一个专用 UART 接口，通过GPIO口可对外部电路的热敏电池进行测量，通过UART 接口可以与主控器进行通信。BQ79616-Q1具有自动反向唤醒功能，一般工作状态下，MCU自动进入休眠模式，当监测到数据异常时，BQ79616-Q1会反向唤醒MCU。这一功能主要是为了，在汽车停止的状态下，也能对电池状态进行监测，并降低系统功耗。
TI就是采用一个 CC2662R-Q1无线MCU与多个BQ79616-Q1电池监控器相连的方式，实现无线BMS系统。
ADI无线BMS系统解决方案
ADI早前就推出了电动汽车无线BMS系统解决方案，该方案是将SmartMesh与LTC6811电池监控器相结合，实现电池状态监控和数据的无线传输。这一方案提高个电动汽车的可靠性，以及降低了线路铺设的复杂性。
SmartMesh+LTC6811无线BMS拓扑图源：ADI
ADI的无线BMS解决方案中，并未明确表明SmartMesh无线MCU的具体型号，电池监控器采用的是LTC6811。
LTC6811-1是一款电池组监视器，最高可对12组串联电池进行高精度的电压检测，测量误差小于1.2mV，完成12节的电池检测仅需290μs。LTC6811-1可将多节电池串联起来，因此该芯片可在高电压的电池串中完成电池状态实时监测。该芯片还具有isoSPI接口，可实现与器件之间高速的远程通信。LTC6811能将12组电池通过菊花链连接，实现多通道通信的功能，监测电池状态，并根据电池当前状态进行暂停和启动操作，该芯片采用隔离式电源供电。
ADI表示，通过这一组合方案，可节省9成以上的线缆，减小1成以上的电池体积，为电池的布局和拆卸提供了良好的灵活性，并且，电池的使用寿命和电池数据的测量精度不会受到影响。
