你好,欢迎来到资源强制回收产业技术创新战略联盟 登陆
关闭窗口
热点资讯当前所在位置:首页 > 行业资讯 > 热点资讯 >

虽有产品优势 仍需技术突围 无线BMS为何让人又爱又拒

发布时间:2022-08-03 14:47:03   来源:中国汽车报网    浏览次数:

“新四化”浪潮下,电池、电机和电控(电池管理系统,BMS)成为新能源汽车“新三大件”。随着整车销量持续快速增长,动力电池行业迎来规模和技术双双突围的爆发期。相应地,市场对BMS的需求也不断扩大和升级。
  现阶段,BMS大多为有线系统,为了让新能源汽车拥有更长的续驶里程,实现整车轻量化和电池能量密度提高成为两大发力方向。就在此时,无线BMS进入人们的视野中。
  有线BMS 局限性逐渐暴露
  BMS与动力电池的“命运”是紧密结合在一起的。北京航空航天大学助理研究员陈飞向《中国汽车报》记者介绍道,BMS作为动力电池的“大脑”,通过传感器实时检测电压、电流、温度,同时进行漏电、热管理、电池均衡管理、报警提醒等,计算剩余容量(SOC)、放电功率,报告电池劣化程度(SOH)和SOC状态,并在此基础上利用算法,控制最大输出功率以获得最高行驶里程,以及控制充电机进行最佳电流的充电,通过CAN总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通信。“BMS可以实时监控电池状态信息、分析电池安全性能并优化电池能量控制,是电池的重要中枢。一款优秀的BMS产品,可以提高车辆续驶里程、保障安全、延长整车寿命、降低使用成本。”他说。
  据悉,传统的有线BMS方案,多利用双绞线电缆以菊花链方式连接电池监控器,传输从每个电池模块采集的数据。不过,随着消费端对新能源汽车提出更高要求,有线BMS的局限性开始逐渐暴露。
  德州仪器(以下简称“TI”)相关负责人在接受记者采访时指出,当前汽车有线BMS主要面临三方面挑战。首先,每个模组中的每个电池都必须通过通信电缆连接到一个用于调节电量、监控电池的芯片上。为了使通信电缆的连接非常可靠,这一部分往往采用菊花链连接,而且需要重型铜线作为线缆,导致BMS内部电池组会形成非常庞杂的电缆布置,大大增加了电池的重量。
  “其次,通过对市场需求的挖掘,我们发现客户普遍反映,有线BMS的电缆和连接器故障是导致电池组出问题的主要原因。一旦电缆或连接器发生故障,整个电池组可能就需要更换,费用会十分高昂。”这位负责人说道,“第三,有线电缆占用了巨大的电池组空间,整个体积比能量更大,而采用无线方案后,省出来的空间可以放更多电芯,提高整个电池组的体积能量密度。”
  无线BMS 优势劣势同时存在
  陈飞向记者详细解释了无线BMS所具有的几方面优势:一是能够降低电池系统重量,减少线束和接插件,从而大幅降低电池系统的重量,提高其能量密度,提高车辆续驶里程;二是可提升电池系统可靠性,有线BMS内部大量的线束和接插件在行驶过程中容易发生失效和故障,无线BMS则通过减少连接件,降低电池系统的失效率,提高其可靠性;三是提高电池成组的灵活性,无线BMS摆脱了线束和接插件的约束,电池组可以更加灵活地布局,降低了电池系统的制造难度,提高生产效率,同时在梯次利用环节,也可提升电池系统的重组效率。
  简单来说,无线BMS就是通过通信芯片传输,从而节省了传统线束和电池组占用的空间,可提高设计灵活性和可制造性,加强电池包的轻量化,同时不影响行驶里程和信息传输精度。
  需要指出的是,无线BMS并非没有缺点。从功能上考虑,BMS在数据采集和监测方面发挥十分重要的作用,一方面,从有线到无线,除了需要大量网络节点,无线传输还要考虑通信协议、信息接受容错率等关键问题;另一方面,虽然无线BMS无需维护内置的线束,但采用无线系统也意味着,电池系统在设计时需要克服恶劣的汽车射频环境和不在可直视范围内的挑战,换句话说,对于设计不当或通信安全设计较差的系统,可能存在被攻击的风险。
  这些现实的技术问题能否得到解决,无线BMS的可靠性和安全性又能否有足够的保障?对于上述疑问,陈飞坦言:“通讯传输稳定可靠和安全性始终是制约无线BMS发展的核心难题。一方面,在有限的空间内要实现主从板、各从板之间的数据传输且满足车规级数据毫秒级采集、传输的需求,另一方面要满足通讯稳定、丢包率低、数据干扰小等要求,这些都是无线BMS下一步需要重点研究的技术方向。”
  TI方面则表示,通过构造全新的专有无线协议和无线MCU,可以在此类情况下完全保证无线网络的可用性和数据通信的安全性;此外,该方案还兼顾可靠性,具有低丢包率、单跳和低延迟的特性。
  除了通讯方面的问题,无线BMS在关键技术、成本等方面也有困境难解。陈飞告诉记者:“特别是在无线BMS信息安全方面,由于蓝牙等无线通讯方式的应用,车端电子电气系统有了新的信息安全攻击面,并且由于存在更加直接的入侵核心动力系统的风险,在信息安全的加密传输、身份认证、入侵检测等关键技术方面需要更深入的研究,后续还需针对无线BMS的特殊应用场景,开展研发流程、检测技术等相关标准的研究。”
  无线是趋势 但未来有无线束尚无定论
  自2017年11月凌力尔特在宝马i3车型上演示首款无线BMS以来,唱衰有线BMS的声音就不绝于耳。不过,目前,无线BMS的产业化应用尚处于起步阶段,通用汽车旗下凯迪拉克LYRIQ是全球首款配装无线BMS的量产车,路特斯也计划在其下一代电动汽车架构中采用ADI的无线BMS。
  在国内市场,多方势力也在积极探索无线BMS的可行性应用。华为研发了绿联传输通讯,致力于突破无线BMS技术;北航交通学院院长杨世春教授带领团队从2020年开始探索无线BMS方案,采用TI的通讯芯片作为核心组件,完成了基于英飞凌TC275主控芯片的无线BMS硬件方案设计和软件研发……
  一位不愿具名的业内人士向记者表示,虽然有线BMS经受了市场的考验,短时间内不会被淘汰,但无线方案的发展趋势已逐渐明朗。他认为,随着无线BMS技术成熟度不断提升和成本的进一步降低,这一方案应该很快会得到广泛应用。
  陈飞对无线BMS的未来也较为乐观:“随着5G等通信技术的发展,未来端云融合应该是BMS的主要发展方向。基于云端高性能计算平台和强大的传输能力,部署高精度电池模型,运行高精度复杂算法,完成基于大数据平台的动力电池生命周期数据积累,完全可以实现动力电池系统的全生命周期安全预警管控,提高动力电池系统的安全性能。”
  科技发展日新月异,市场瞬息万变,未来BMS究竟有无线束,现在尚无明确定论。TI方面认为,无线BMS符合电源管理系统的发展趋势,但这并不意味着所有的BMS系统都会转为无线。该公司负责人表示:“目前,一些车企已在考虑应用无线BMS,因为其优势非常明显,但顾虑无线BMS安全性和其他性能不足的厂商也不在少数。所以,当前主流市场上选择无线BMS的厂商仍是少数。”
  在ADI中国汽车电子事业部资深战略与业务发展经理陈晟曾看来,不管采用哪种通信技术,BMS系统对于信号传输实时性、可靠性的要求是一致的。无线通信有更多机制确保实现这两个要求,但由于电池包设计的复杂性,仍有大量测试和验证工作需要在量产前完成。因此,无线BMS的前行之路仍然任重道远。