產品架構路線之爭：無線BMS VS 有線BMS

據(jù)Marklines統(tǒng)計，2020年全球電動汽車的總銷量為289.24萬輛，同比上升了45%。在電動車快速普及的今天，電池壽命和安全問題仍然是困擾消費者和生產廠商的一個難題。如何對電池進行有效的管理，成為了行業(yè)廠商技術攻堅的突破口。

電池管理系統(tǒng)（BMS）作為連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶，通過實時采集、處理、存儲電池組運行過程中的重要信息，與外部設備交換信息，解決電池系統(tǒng)中安全性、可用性、易用性、使用壽命等關鍵問題。在此趨勢背景下，與非網(wǎng)推出BMS專題，邀請亞德諾半導體（ADI）就相關問題進行了探討。ADI中國汽車電子事業(yè)部資深戰(zhàn)略與業(yè)務發(fā)展經理陳晟先生針對筆者的問題和困惑進行了詳細的解答和分享。

ADI中國汽車電子事業(yè)部資深戰(zhàn)略與業(yè)務發(fā)展經理陳晟

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與非網(wǎng)：網(wǎng)上?？吹诫妱悠嚻鸹?、爆炸等問題，是否說明BMS還存在很大的優(yōu)化空間？主要是哪些環(huán)節(jié)或部件存在問題？應該怎么改進和提升？

陳晟：車用動力電池安全性是一個很復雜的課題，整個行業(yè)還在全力研究和探索其背后的機理以及解決辦法。但是電池風險可以通過BMS實時監(jiān)測并分析電池運行的溫度、電壓和電流等關鍵數(shù)據(jù)的變化，進行提前預警，從而避免不必要的人員傷亡。

此外，精確監(jiān)控電流和電壓分布至關重要，因為電池過度充電可能會引起火災或爆炸，而充電不足（或完全放電）則會導致電池失效。電池管理系統(tǒng)的質量直接影響 EV 每次充電所能行駛的里程數(shù)。優(yōu)質的電池管理系統(tǒng)能夠最大限度地延長電池的整體使用壽命，從而降低擁有成本。精度越高，就越能更好地了解電池單元的狀態(tài)，從中獲取的容量就越多，電池組的運行也就越可靠。考慮到電池組的投資，BMS 性能的價值是顯而易見的，且隨著汽車設計師考慮保修和電池組的生命周期成本，這一點也就更加明顯。

ADI的BMS方案具有高可靠性、穩(wěn)定性和系統(tǒng)性多個方面。同時，ADI提供的系統(tǒng)級解決方案，不僅體現(xiàn)在相應電壓電流的檢測功能性上，還包括對功能安全非常全面的支持。ADI完整的產品家族支持從最高800V到相應48V的弱混系統(tǒng)，同時提供非常高的精度、穩(wěn)定性，以及現(xiàn)在行業(yè)所需要的高功能安全等級。ADI未來的BMS產品將全面支持電池熱失控預警的中國國家標準。

與非網(wǎng)：BMS的監(jiān)測包含SOC、SOH...等多種數(shù)據(jù)，目前哪些數(shù)據(jù)高精度監(jiān)測還存在困難？ 同時，隨著市場對安全和性能要求的日益提高，BMS設計中是否需要增加新的狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)來完善電池管理系統(tǒng)？?

陳晟：上述功能的實現(xiàn)首先需要BMS芯片對電池電壓，電流，溫度等特性進行實時高精度的采集和檢測，進而通過BMS系統(tǒng)的軟件與算法得以實現(xiàn)。

同時ISO26262標準的引入讓BMS系統(tǒng)的穩(wěn)定性可靠性得以增強。ISO26262定義的功能安全標準涵蓋了產品的管理、開發(fā)、生產、經營、服務和報廢等階段，覆蓋產品的整個生命周期，產品開發(fā)時主要關注的階段有概念、系統(tǒng)級開發(fā)、硬件開發(fā)和軟件開發(fā)等階段。在功能安全概念階段要做系統(tǒng)危害分析和風險評估，得出汽車安全完整性等級ASIL（Automotive Safety Integrity Level），ISO26262標準規(guī)定了A到D四個安全等級，其中D級為最高等級，相應的需求最為苛刻。在得出安全等級ASIL后，需要設立安全目標（Safety Goal），并提出相應的安全需求（Safety Requirement）和安全機制（Safety Mechanism），并在必要的時候做功能安全等級分解。

一般而言，主流車廠認為BMS應該需要達到的安全等級至少是ASIL-C，ADI的BMS產品在開發(fā)時，對其功能安全從信號采集診斷、溫度監(jiān)測、FTTI等多方面進行了充分驗證，并且提供了外部器件的故障的診斷覆蓋方法，樹立了高性能高可靠性BMS系統(tǒng)的行業(yè)標準。

與非網(wǎng)：由于電芯的不一致性，存在著不同的工作條件、不同的老化率等問題，因此需要均衡管理。目前，電動汽車BMS的均衡管理，常采用的是被動均衡還是主動均衡？均衡管理未來的發(fā)展方向是怎樣的？

陳晟：目前，BMS有主動式均衡和被動式均衡兩種管理模式。被動式均衡一般采用電阻放熱的方式將高容量電池“多出的電量”進行釋放，從而達到均衡的目的。其電路簡單可靠，成本較低，電池效率也較低。主動式均衡充電時將多余電量轉移至高容量電芯，放電時將多余電量轉移至低容量電芯，可提高使用效率，但是成本更高，系統(tǒng)與電路復雜，可靠性低。

ADI 電池管理產品組合為這兩種方法均提供了解決方案。對于希望系統(tǒng)運行時間最大化和充電效率更高的客戶，主動均衡是最佳選擇。被動均衡方案因其成本上的優(yōu)勢，被新能源汽車廣泛的采用。隨著電池一致性的快速提高，被動均衡方案的性價比愈發(fā)突出，其仍將是市場的主流方案。

與非網(wǎng)：隨著BMS的發(fā)展，無線BMS開始出現(xiàn)。目前市場應用中，無線BMS實際應用情況如何？

陳晟：BMS的產品架構在往兩個方向發(fā)展，一個是BMS有線通信架構，即BMS每個電芯模組上有一個采樣板，采樣板之間是通過隔離的雙絞線連接，組成一個環(huán)形的有線拓撲。另一個是未來的發(fā)展方向，就是無線BMS，每個模塊之間不再有傳輸?shù)耐ㄐ啪€。

不管采用哪種通信技術，BMS系統(tǒng)對于信號傳輸的實時性可靠性的要求是一致的。無線通信有更多機制來確保實現(xiàn)這兩個要求，但是由于電池包設計的復雜性，有大量測試和驗證工作需要在量產前完成。

同時，無線BMS使得電池從生產后到回收前的全生命周期健康管理得以實現(xiàn)。在電池的使用過程中，基于ADI的無線BMS方案，電池就有了可供追溯的身份證，會知道任何時候它的可用電量衰減到什么樣的程度，就可以評估它的殘值，未來可以進行更好的梯次利用，比如變成一個大樓的備用電源或者數(shù)據(jù)中心的備用電源，這也是一個未來發(fā)展的方向。

與非網(wǎng)：5G、AI、云計算、大數(shù)據(jù)等技術的興起和發(fā)展，給BMS帶來了哪些改變和助力？從市場需求和技術實現(xiàn)來看，BMS還呈現(xiàn)出哪些創(chuàng)新發(fā)展的趨勢？

陳晟：現(xiàn)階段，ADI提供的無線電池管理系統(tǒng)可以作為一個平臺去收集電池數(shù)據(jù)，我們能夠用這些數(shù)據(jù)來通過機器學習和人工智能預測電池在道路上的性能和表現(xiàn)，同時也希望能夠獲取這些數(shù)據(jù)來推動機器學習發(fā)展，來提供更多的智能服務。

此外，基于云平臺的電芯級別全程無線監(jiān)控，借助無線電池管理系統(tǒng)的優(yōu)勢不僅在汽車制造上實現(xiàn)降低成本，更加靈活的電池布局讓電動車工業(yè)設計更加靈活，同時能夠在電池生產、倉儲、運輸整個流程中全程實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集和基于云平臺的監(jiān)測分析。這些信息可以實時傳遞到云端，汽車廠商可以通過這些數(shù)據(jù)延長電池以及整個電動汽車的生命周期；產業(yè)鏈合作伙伴可以利用這些數(shù)據(jù)評估電池的健康狀態(tài)以及殘值，促進電動汽車二手車市場的健康可持續(xù)發(fā)展，讓消費者愿意去購買電動汽車；甚至在電池不能繼續(xù)服役于電動汽車時，仍然能根據(jù)實際存在的準確容量評估有效的服役于儲能等梯次利用場景中。

與非網(wǎng)：針對電動汽車BMS應用，ADI推出了哪些產品和解決方案？獨特優(yōu)勢是什么？

陳晟：ADI BMS產品最大的強項就在于鋰電池的電池管理精度。無論面對什么環(huán)境，這些極高精度的產品都能把精度控制在非常小的波動范圍內，且可以保持十年不變。這就能讓車廠以及電池供應商能夠大膽使用它的電池容量，而不會因為精度不夠而限制性能，從而達到同樣電池、同樣容量條件下提高整車續(xù)航里程的目的。

此外，作為全球最早涉足無線BMS領域的企業(yè)，ADI的無線BMS將射頻通信和系統(tǒng)功能等硬件和軟件整合在單個系統(tǒng)級產品內，配合采用ADI經過驗證的業(yè)內領先BMS電池電芯測量技術，支持ASIL-D安全性和模塊級安全性。無線BMS大大減少了電池包內的線束，可最大化電池包的能量密度，從而實現(xiàn)優(yōu)異的車輛續(xù)航里程, 并且可以幫助車廠實現(xiàn)在不同車型上電池包的靈活配置，從而達到電池系統(tǒng)的平臺化設計。目前通用汽車已宣布采用ADI無線BMS技術在其下一代電動車平臺上。

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