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主流整车厂批量应用背后,解密无线BMS背后的技术

2021-11-25 17:19
来源: ADI

一直以来,无线不如有线更安全可靠的印象似乎深入人心,特别是在那些安全可靠性至关重要的领域,如工业和汽车。但随着近年来无线技术的突飞猛进,这种固有的思维正在瓦解,比如5G在工业领域的应用正如火如荼的展开,甚至更多的专用无线网络技术也在工业领域,例如ADI公司的SmartMesh嵌入式无线传感器网络就在工业应用中颇有建树。而在汽车这块安全壁垒甚高的领域,最近几年一样实现了突破,在关键的电池包管理的通信应用中实现了批量应用,而这背后也主要是ADI的身影——首款量产通用Ultium纯电平台就采用了ADI无线电池管理系统技术,而最近无线电池管理系统在汽车应用中再传好消息,英国知名品牌路特斯汽车计划在其下一代电动汽车架构中采用ADI的无线电池管理系统。为什么背后都采用了ADI的无线管理系统技术,本文尝试分析背后的技术基因。

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无线替代有线,省却线束背后的那些看得见和看不见的优势

有数据指出以波音747飞行时间超过9小时为例,每多加3吨燃油飞行中至少多耗1吨油,油耗油的现象很明显。其实这个概念对于所有交通工具来说都具有参考性,这个概念也被引用到其他交通工具中,指交通工具自重的增加对能耗的消耗。因为汽车自身重量增加而导致能耗增高,特别是电动汽车历程焦虑的今天,是值得所有车厂关注的要点之一。如何在确保安全性与功能性完备的情况下,降低耗电量是汽车功能设计的一个要点。

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目前电动汽车电池包占整车整备质量的18% ~ 30%,电动汽车的续航里程越大电池包重量占比越高,市场上续航里程较大的雪佛兰Bolt、奔驰EQC、捷豹Ipace以及Model3等其电池包质量占比都超过了26%,各厂家对电池包系统进行轻量化优化开发成为技术研发的重点之一。业界研究显示,以特斯拉Model 3为例,其BMS等部件集成系统重量达53 kg,占电池重量比11.1 %,对BMS的重量优化同样有重要意义。

在公开的信息中,通用公司和路特斯公司对于选择无线电池管理系统的理由,首先都指出省去了传统线束,可减少高达90%的线束,作为里程焦虑依然存在的电动汽车,无线BMS轻量化是最直观的“收益”,减负的目标很直接而明显。

无线BMS下的更多优势还包括:节省15%的电池组体积,这对于电池包空间管理来说极为重要,这同时还提高了设计灵活性和可制造性;通过提高车辆使用寿命期间的精度,无线BMS系统可最大化单个电芯的能量利用率;无线BMS简化了电池组的装配与拆卸过程,确保能够快速高效地移除并修复故障电池电芯;无线化减少了控制器之间的线束链接,避免了震动过程接插件松动或者短线的可能性;系统的扩展性更好,更换模组更容易,电池系统安装及维修更加方便。

基于SmartMesh技术>99.999%可靠性的无线连接

ADI公司的无线BMS解决方案的核心是基于其SmartMesh?嵌入式无线传感器网络,这是一种可实现 >99.999% 的数据可靠性和 >10 年的电池寿命低功耗无线网络技术,该技术使得在具挑战性的环境中部署无线传感器网络变得实际可行,除汽车电池包以外,还包括以下应用场景:

?苛刻的射频环境,具有大量金属和混凝土结构,包括工厂、数据中心、商业楼宇监控、桥梁、隧道;

?大区域网络,例如街道停车应用、跨越多个城市街区的智能街道照明网络、商业灌溉;

?密集部署,其中数千个节点在彼此的无线电射程内工作,例如数据中心、公共设施规模的太阳场;

?运动车辆上的网络,包括轨道车辆、货物集装箱、半卡车或飞机;

?长扩展网络,包括管道、矿井、隧道、桥梁、栅栏线和智能街道照明;

?远程监控,其中所有节点都必须通过电池或能量收集进行供电,例如油田、农业或环境监控。


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目前,SmartMesh已经在这些应用场景中实现广泛落地。SmartMesh网络由高度可扩展的自成形多跃点节点网格和网络管理器构成,这些节点称为智能微尘,用于收集和中继数据,网络管理器用于监控和管理网络性能和安全,并与主机应用程序交换数据。SmartMesh 智能微尘和管理器是完整的无线传感器网络解决方案。SmartMesh将时间同步的通道跳跃链接层与基于ADI Eterna?片内系统技术的硬件结合在一起以实现完整的无线网络解决方案。该解决方案最大优势还包括:

?在较具挑战性的射频环境中具有 >99.999% 的数据可靠性;

?具有 >10 年电池寿命,可以在成本较低条件下将传感器放在任何位置;

?具有加密、身份验证和消息完整性检查功能,保证网络安全;

?是完整的无线网状网络解决方案,不需要进行网络堆栈开发。

无线系统下的电池全寿命管理

由于每个电池模块都是无线的,因此可以在从电池化成开始,到存储和组装,再到在汽车中使用这整个过程中收集和存储数据,从而实现电池状态计算,给出电池组的剩余电量。此举降低了电池的成本,且使电池梯次利用(或二手利用)更加有效,例如用在储能、回收或其他应用中,从而降低制造商和车主的总成本,并限制对环境的影响。


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从电池化成开始,到存储和组装,再到在汽车中使用,无线电池管理都能收集和存储数据。这些数据可用于设置电池模块的残值,从而支持其在储能和其他应用中二次使用。这使得无线BMS技术给电池管理系统带来的精度成为汽车制造商的一个更重要考虑因素,而二次应用的所有者(例如储能系统制造商)将从此类无线技术中受益匪浅。该技术不仅支持OEM,还能帮助创造围绕电池回收的全新行业和商业模式。

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