里程更遠，導線更少，電動汽車實現電池管理系統無線化

——隨著下一代電池管理系統（BMS）實現無線化，電動汽車內部錯綜復雜的通信布線將減少，從而有助于延長行駛里程并提高可靠性。

借助我們針對電動汽車（EV）無線電池管理系統開發的全新解決方案，客戶可以設計出更輕、每次充電后行駛里程更遠且滿足高水平安全標準的電動汽車，從而提高可靠性。除了舒適的內飾和精美的儀表板，制造商還會在電動汽車的機箱安裝盡可能多的電池。更多的電池意味著更大的充電容量，從而使汽車具有更遠的行駛里程，這也是消費者的一項重要需求。

但是，每塊電池必須連接監測器。監測器向控制器報告關鍵信息，進而更大限度改善電池的健康狀態和性能。由于典型的電動汽車串聯了近100節電池，其中幾英尺/米和幾磅/公斤的重型銅線會形成迷宮般龐大的電池管理布線，占用了許多寶貴的空間。上述所有導線的重量會縮短行駛里程、降低可靠性并增加成本。

我們全新的無線電池管理系統包括專有的無線連接協議和一組電子芯片，并率先支持系統級功能安全合規性，不需要繁重、昂貴且需要頻繁維護的布線，給電動汽車的設計帶來了新的機遇。

“這就像在一塊空白的畫布上進行設計，”TI專攻連接解決方案的汽車產品營銷工程師Daniel Torres說，“當你不必擔心導線問題時，就可以找到充分利用空間的新方法，甚至可以搭配使用不同尺寸和類型的電池?！?/p>

BMS：幕后的關鍵組件

電動汽車車主可能對他們汽車的電池管理系統了解不多，但實際上，電池管理系統是至關重要的組件，負責監測所有電池的電壓、電流和溫度。

“最重要的是，BMS可以更大限度提高電動汽車的性能、可靠性和使用壽命，”TI汽車電池產品的產品線經理Ankush Gupta提到，“通過精心管理電池的充電和其他工作特性，可以在需要時充分利用每塊電池中的電量，同時確保電池不會提前出現電量不足或受到損壞。而且，消除通信導線會使車輛更輕，我們也有更大的空間、自由度和靈活性來設計具有先進電池功能的電動汽車?！?/p>

Ankush和Daniel說，這一成果可以直接幫助減輕“里程焦慮”，即對電量耗盡的恐懼，正是這樣的焦慮和恐懼使得許多消費者對于節能、無排放的電動汽車望而卻步。

無線BMS的強大功能

無線化解決方案還能解決電動汽車獨有的缺陷：密集的布線和用于固定線纜以及線束可能導致的故障。

“線束和連接器是易受振動、潮濕和其他問題影響的機械部件，”TI動力總成系統工程師Mark Ng解釋說，“它們比電池本身更有可能需要維修?！?/p>

使用無線BMS可避免這一缺陷，從而節省了電動汽車行業昂貴的維修費用，并使維修電池變得更簡單、更經濟。 而且無線化的優勢不僅僅局限于汽車的電池使用時間。 老化的電動汽車電池在汽車中完成使命后，還可以回收、重新部署到數據中心的電池備用裝置，或作為能量存儲裝置連接太陽能或風能發電設施，其無線功能可在這些應用中提供輕松監測。

“從工廠車間到倉庫，到車輛，再到拆卸后作為能量存儲裝置，人們在電池的整個生命周期中都需要監測電池?！盌aniel說，“不必在每種新場景下都用電線將電池連接起來，只需將電池放在架子上就可以無線讀取數據了?！?/p>

工程挑戰

用于實現這一目標的無線BMS解決方案設計需要高度協作，需要將電池管理、連接性和汽車系統方面擁有專業知識的TI工程師集中在一起進行攻關。各種要求令人望而生畏，TI負責2.4GHz連接領域的業務線經理Ram Vedantham表示?！霸S多需求相互矛盾，”他說，“在整個設計過程中，我們花了很多時間進行頭腦風暴和白板展示，而且時間緊迫?！?/p>

例如，該解決方案需要具有高吞吐量，以便在惡劣、嘈雜的環境中于幾毫秒內從近100塊電池中收集數據，實現2毫伏的精度，并且錯誤率為千萬分之一。此外，芯片需要以較低的功耗運行，以免在停放汽車中監測熱量管理情況時耗盡電池。

為了解決這些設計難題，連接解決方案團隊開發了一種可靠的專有無線協議，以便在要求2.4GHz無線網絡實時可用性的環境中進行通信。網絡必須隨時可用，以便駕駛員在啟動電動汽車后，系統可以實時監測和管理電池并進行通信。

“我們的設計思路是每次通過按一下按鈕啟動汽車后，網絡能連接所有必要的元件?！盧am說，“這里體現了我們全新的專有無線協議的可靠性和性能。我們的團隊努力開發無縫融合無線技術先進功能的創新型解決方案，確保協議可以提供出色的性能、功耗和功能，從而滿足系統要求?！?/p>

團隊必須突破無線連接的極限，以便在不降低可靠性的情況下提高電池的性能水平，Ankush說。

在功能安全方面具有先進優勢

作為對團隊工作成果的驗證，我們的解決方案經過了知名功能安全評估機構TüV-SüD的評估，并評為先進的無線BMS概念。此解決方案經驗證符合系統級功能安全合規性（可達ASIL D等級），此標準在道路安全方面具有很高的完整性要求，是電動汽車制造商的一項重要考慮因素。經評估和認證，這一概念也符合工業應用中的SIL3標準。

“我們的客戶關心他們的系統是不是安全可靠，”Mark說，“我們的系統級概念經過知名功能安全評估機構的獨立評估，符合功能安全合規性（可達ASIL D等級）?！?/p>

易于實施

無線電池管理系統不需要太多的布線或重新配置，因此更易于實施。

“可以快速在全新和現有的汽車型號中添加無線BMS，我們的客戶立即就能節省空間，”Ram說。因此，汽車制造商正計劃在未來幾年內將無線BMS解決方案整合到他們量產的汽車中，并以更快的速度在他們下一代的汽車中采用這項新技術。

對于消費者來說，無線BMS可能意味著更低的電動汽車成本以及更好的續航能力和可靠性，讓他們的車輛更環保?！巴ㄟ^使用專門為這種用途開發的全新無線連接協議，我們的無線BMS解決方案在電動汽車領域具有真正出色的性能和安全性，”Ram說，“這意味著汽車制造商能夠比以往更快地讓這項技術造福于消費者?！?Daniel補充說：“目前，購買電動汽車可能對大多數人來說成本過高，或者他們擔心電力消耗問題。無線BMS使能夠我們更進一步推動電動汽車的廣泛運用?！?/p>

我們熱衷于讓世界更美好

幫助客戶開發無線電池管理系統（BMS），實現重量更輕、續航更遠的電動汽車，展現了TI創新者對公司使命愿景——通過半導體技術降低電子產品成本，讓世界變得更美好——的踐行。每一代創新都建立在上一代創新的基礎之上，使我們的技術變得更小巧、更高效、更可靠、更實惠，從而開拓了新市場并實現半導體在電子產品領域的廣泛應用。在TI，我們將其視為工程的進步。這正是我們數十年來乃至現在一直在做的事。
?