一直為特普生NTC溫度傳感器、儲能線束、儲能CCS提供基礎材料研究的武漢理工大學戴亞文教授科研團隊，一直研究無線BMS，推薦了這篇文章。后續會呈現更多內容。

無線電池管理系統 (wBMSes) 在提高新能源車行駛里程和降低成本的同時，通過提供更高的安全性和可靠性來增加電動汽車被廣泛采納的可能性。無線BMS解決方案還在電池放置和跨 EV 平臺的可擴展性方面提供了更大的靈活性。此外，先進的監控功能讓電池重獲新生。

無論是有線還是無線，BMS 的主要工作是保護電池，防止在其安全工作區域之外運行。它還在充電和放電期間監控電池的充電狀態 (SOC) 和健康狀態 (SOH)，并執行電池平衡以優化電池，從而延長電池壽命和 EV 續航里程。BMS監控多個電池單元參數，如過壓/欠壓以及過流/欠流，以確保電池不會過載。它還監控溫度以防止電池過熱或膨脹。

美國跨國半導體公司Analog Devices Inc. 的wBMS營銷經理Shane O'Mahony稱：BMS 將從所有串聯的電池中獲取數據，并確保其在安全范圍內運行，一旦建立安全，下一個關鍵角色就是優化電池的性能。

BMS的最大任務是確保電池安全，日本瑞薩電子公司汽車解決方案業務部汽車模擬電源和視頻業務部 BMS 應用經理 Tony Allen 表示贊同。電壓讀數、電流讀數、溫度讀數和阻抗測量——您正在使用 BMS 前端從電池收集所有這些原始數據。所有這些 [數據] 都進入微控制器 [MCU]，MCU 實時使用該數據來計算 SOC（本質上是剩余續航里程）和 SOH（即整個電池的狀態）。”

如今，大多數電動汽車使用有線 BMS 來監測電池或電池組的 SOH 和 SOC，這些系統被認為是安全且非常穩健的。然而，有線 BMS 解決方案需要復雜的布線、連接器、隔離設備和其他組件，這會增加電動汽車的重量和成本。線束和連接器也是常見的故障源，增加了維護和維修成本。還存在體力勞動（電纜布線）和數據收集延遲問題的潛在挑戰。

據 ADI 稱，通過移除線束，wBMS 可實現更快的電池組制造和組裝以及自動化，以簡化和擴展 EV 車隊生產。

因此，許多汽車制造商正在尋找通過消除有線 BMS 所需的布線、連接器和其他組件來減輕重量的 wBMS 解決方案，從而增加行駛里程，這仍然是消費者最關心的問題。它還通過消除線束和相關組件（通常是故障源）來提高可靠性，并通過更容易維護和更換電池模塊來降低制造成本。它還允許在放置電池模塊的位置方面具有更大的靈活性。

一旦電池系統的重量減輕，行駛里程就會增加，這對于用例應用來說非常重要，汽車解決方案業務部汽車模擬電源和視頻業務部無線充電和 BLE 高級營銷經理YING YANG說，在 Renesas Electronics Corp.，“不僅成本降低，汽車更輕，而且使用相同的電池，你可以走得更遠，所以這些都是無線的好處。” 而日本瑞薩電子公司汽車解決方案業務部汽車模擬電源和視頻業務部副總裁 Niall Lyne 稱：“車輛的每一盎司重量都很重要……減輕重量確實是一個巨大的好處，最終會延長您的續航里程。”

圖片說明：有線與無線電池管理系統（來源：瑞薩電子公司）

BMS 解決方案供應商還認為，通過過渡到無線連接，汽車制造商可以更輕松地在不同車型上擴展其 EV 平臺。他們一致認為，主要的汽車原始設備制造商都在關注無線系統。

得益于這些優勢，ADI、Renesas Electronics 和Texas Instruments Inc.（美國德州儀器）等功率 IC 制造商正在開發新的無線解決方案，使汽車 OEM 能夠降低設計復雜性和成本。這些先進的 BMS 系統可以監控和管理單個電池單元和電池組，有助于提高電池效率和可靠性。

這是關于數據

瑞薩的Niall Lyne認為，無論是無線還是有線 BMS，都必須盡快測量參數。“在計算 SOC 時，您希望能夠即時監控電池組中電池的電流和電壓以及所有參數，這非常重要，”他補充道。但數據在有線和無線 BMS 解決方案中的處理方式不同。

O'Mahony 說，在這兩個系統中，電池模塊上都有電池傳感器，它們可以監控電壓、溫度和其他診斷信息。他解釋道，在有線系統中，數據通過電線傳輸。原始數據進入中央處理器，每包一個，中央處理器會對數據進行處理，判斷是否處于安全運行區域，充電狀態如何，健康狀態如何，為充電提供數據和電池電量計算法。

“在無線系統中，情況有點不同，”O'Mahony 認為。“我們為每個電池部分添加了一個帶有處理功能的安全無線電。例如，如果你有一個像典型汽車一樣的 400 V 電池，則可能有八個電池模塊或八個電池部分，因此每個電池部分現在都有自己的無線單元，可以進行安全處理和安全處理。數據被收集并可以由邊緣單元處理，然后無線傳輸回類似的中央控制器。”

他補充說，有了這個分布式處理系統，它可以更快地收集數據，因為一切都在邊緣。“你可以決定像以前在有線系統中那樣集中處理，或者你現在可以開始使用無線系統進行一些邊緣處理。

“有線和無線系統都必須實現相同級別的基本功能以確保電池安全，但使用安全邊緣處理器，有時您可以從數據中獲取更多信息，并且還可以減輕中央處理器的負載，”奧馬奧尼說。

wBMS 帶來的另一項新功能是，即使在將電池模塊放入 EV 之前，也可以對其進行監控。

有了無線 BMS，因為每個電池模塊一創建就添加了安全處理，它甚至可以在它進入汽車、坐在工廠或從電池制造商運輸到工廠之前就開始測量和處理數據，奧馬奧尼說。“它提供了從搖籃到墳墓的整個生命周期的生命周期數據。”

O'Mahony告訴我們，這也是第一次達到這種級別的安全性。他補充說在帶有簡單電池監視器的有線系統中，如果用類似的監視器更換電池，它不知道電池是真品還是假冒品。

有了無線 BMS，每個單元都可以自我驗證，所以當它被帶入完整包裝時，它會知道它是正品還是假冒品，所以無線系統有一些新的可能性，O'馬奧尼說。電池組可以自動剔除不良電池模塊，因此不會將它們添加到電池組中。

O'Mahony 說，通過在整個生命周期（從組裝到倉儲再到運輸）中獲取數據，它更有可能發現異常或制造不正確的特定電池等問題，從而避免車輛召回。

可擴展性和電池放置

使用 wBMS 的最大好處之一是可擴展性。它使汽車原始設備制造商能夠輕松地在不同的車型和用例中使用相同的模塊設計。

他們可以使用一個通用的 wBMS 平臺，該平臺可通過無線方式為每種車型配置軟件。這是通用汽車為其 Ultium 電池平臺采用 wBMS 的一個關鍵原因，使該公司能夠跨品牌和汽車細分市場進行擴展。該汽車制造商將 wBMS 歸因于實現其車隊的廣泛電氣化。

通用汽車GM選擇了 ADI 的 wBMS 解決方案。“您只需擔心不同的軟件，這就是它的簡單性，”O'Mahony 說。

世界著名的豪華跑車與賽車品牌路特斯汽車Lotus Cars 還在未來五年內將 ADI 的 wBMS 用于其新的 EV 量產車系列。他們計劃開發一種新的超輕型動力總成架構和 wBMS。

Lyne 解釋說，汽車制造商像使用積木一樣使用電池組。他們希望擁有相同的電池組設計，并將它們放入不同尺寸（電池數量）的每輛車中，并且他們希望架構相同，因為同一個系統需要進行大量開發。

“然后你可以進行 EMI/EMC 測試，這非常昂貴——每輛車可能需要幾十萬美元——但如果你有一個通用的電池組系統和架構，你將節省大量成本、開發時間和時間安排，然后您可以為不同的客戶提供不同的包裝尺寸，”Lyne 說。“使用無線技術要容易得多，因為您不需要安裝限制電池最大數量的線束，而今天就是這種情況。另外，它的重量。”

但是，測試挑戰仍然存在。Lyne 說，汽車 OEM 的每種不同車型都有不同的法拉第籠（又稱法拉第屏蔽箱），而您的無線設備在該法拉第籠中的性能因車輛而異。“因此，即使他們可能為不同的車輛配備同一個電池組，但由于尺寸、框架和制造方式的原因，他們可能在車內存在其他免疫問題。”

你如何應對挑戰？萊恩說，這就是秘訣所在。除了執行不同的 EMI/EMC 測試以及低功耗藍牙 (LE) 在環境中的行為方式外，它還受到電路板布局和 RF天線設計等因素的影響。

無線BMS 還可以幫助將模塊放置在車輛中。“您不再需要考慮連接在哪里或如何連接數據，”O'Mahony 說。“如果 OEM 正在設計 10 種不同類型的汽車或應用程序，這肯定會在機械上有所幫助，因為最終，您不必通過制造連接線束，因此會更容易、更快和如果你要做的機械任務越少，做起來就越可靠。”

無線 BMS 挑戰

還有其他挑戰，例如安全性和選擇無線協議。關于哪個更好——行業標準的無線通信協議還是專有標準，似乎存在一些爭論。

使用無線 BMS，可以減輕重量并提高可靠性，因為您沒有物理連接器，物理連接器會隨著時間的推移而失效并受到振動的影響，例如，Allen 說，但您確實需要更加關注安全性。

“因此，無線協議內置了有線系統不需要的所有這些安全性，因為它是硬連線的，”Allen 說。“你不能從外面穿透它。就交換的數據而言，它們都是一樣的。”

瑞薩電子選擇低功耗藍牙作為其 wBMS 解決方案的無線協議，部分原因是其收購了 Dialog Semiconductor。Lyne 說，Bluetooth LE 是一項眾所周知的技術，已在行業中得到驗證，它是一個開放標準，全世界有許多人使用該技術，并且它內置了加密功能。

憑借加密和其他安全功能，電池組無法被破解，這也意味著電池無法更換為假冒產品。

那么，為什么選擇藍牙而不是其他無線通信標準呢？這是關于更高的帶寬。

“我們希望盡快實時監控電池數據，”Lyne 說。“BLE 具有最高的帶寬，這意味著我們實際上可以盡可能快地監控電池數據。

“最終，原始設備制造商希望測量電池的等效阻抗，并據此確定電池的健康狀況和電池中剩余的范圍，”他補充道。

“有一個專有標準 [用于無線 BMS]，它的速度不如 BLE，它不能滿足電池管理系統所需的時序標準，而且它的功耗比我們的高得多，”Lyne 說。“此外，BLE 的成本要低得多。”

Lyne 表示，汽車原始設備制造商更喜歡使用標準和第二來源，特別是由于過去兩三年的產能限制。他說，他們還將能夠在車輛的其他應用中使用 BLE，并搭載 BLE。但是，一些 BMS 供應商認為，為用例量身定制的專有無線標準是最佳選擇，可以更好地處理干擾等問題，安全和安全。

例如，ADI 的無線 BMS 解決方案使用其從頭開始構建的專有網絡以及無線電硬件。

圖片說明：ADI 的 Sentinel wBMS 是一種專門構建的汽車電池管理系統。（來源：Analog Devices Inc.）

“EV 電池組中的無線技術具有挑戰性，我們很早就看到它需要一個針對該用例量身定制的專有系統，”O'Mahony 說。“推出一年后，ADI 的系統是唯一投入生產的系統。

“這不是一個容易解決的問題，但你確實需要推動定制的特定應用網絡和硬件來解決這個問題，”他補充道。

O'Mahony 說，還需要通過無線解決安全問題，ADI 再次從頭開始構建安全問題。“我們還看到汽車行業出現了新的 ISO 21434 網絡安全標準。”

根據 TüV NORD Mobilit?t 的說法，ADI 的 wBMS 已通過 ISO/SAE 21434 網絡安全風險管理認證，并且是第一個滿足此資格的公司。

“電池組肯定是確保安全的關鍵關鍵系統之一，”O'Mahony 說。

ADI 決定采用專有網絡和定制硬件的另一個原因是為了處理干擾，包括帶內干擾。O'Mahony 表示，ADI 需要一種即使在強干擾環境（包括車內和車外）中也能正常運行的系統。安全是汽車原始設備制造商面臨的另一個大問題，ADI 和其他公司已通過遵守最高安全標準 ASIL-D 來解決這個問題。

電動汽車電池的第二次生命

無線BMS還可以更輕松地將電池重新用于第二次生命，這對環境有益。沒有線束，可以更輕松地更換和重復使用電池組。

Lyne說，電池組整個生命周期內的數據健康狀況、電池組的保修和電池組的效率（電池組能持續多久）等規格都非常重要。

“許多汽車公司對他們的汽車使用電池組進行了八年的評估，但如果在八年之后，例如長達 10 年，你仍然從該電池組中獲得大于 86% 的效率，那就是另外兩個多年的壽命超出了最初的希望，”Lyne 說。“這對客戶來說是雙贏，對開發它的原始設備制造商來說也是雙贏，這也意味著你在電池組的整個使用壽命期間對其進行了很好的處理。

當人們今天對電池組進行快速充電時，這會對電池的電介質造成更大的壓力，更可能會縮短電池組的使用壽命，但他們仍然必須保證八年，他補充道。“當電池組在汽車中的效率低于 86% 時，您將不再保證它最初始的續航里程——150 英里、200 英里或其他，(每小時 55 英里的典型駕駛條件),且以它開始退化，他們想做的是更換電池或更換整個電池組。

正是在這一點上，用于電動汽車的鋰離子電池被重新用于第二次生命。它們可以在各種應用中重復使用，從服務器的備份系統到住宅太陽能電池板。電池組對這些工業應用具有保修或保證仍然很重要，這也是電池監測數據或 SOH 發揮作用以指示電池性能的地方。