“新四化”浪潮下，電池、電機(jī)和電控(電池管理系統(tǒng)，BMS)成為新能源汽車(chē)“新三大件”。隨著整車(chē)銷(xiāo)量持續(xù)快速增長(zhǎng)，動(dòng)力電池行業(yè)迎來(lái)規(guī)模和技術(shù)雙雙突圍的爆發(fā)期。相應(yīng)地，市場(chǎng)對(duì)BMS的需求也不斷擴(kuò)大和升級(jí)。

現(xiàn)階段，BMS大多為有線系統(tǒng)，為了讓新能源汽車(chē)擁有更長(zhǎng)的續(xù)駛里程，實(shí)現(xiàn)整車(chē)輕量化和電池能量密度提高成為兩大發(fā)力方向。就在此時(shí)，無(wú)線BMS進(jìn)入人們的視野中。

有線BMS　局限性逐漸暴露

BMS與動(dòng)力電池的“命運(yùn)”是緊密結(jié)合在一起的。北京航空航天大學(xué)助理研究員陳飛向《中國(guó)汽車(chē)報(bào)》記者介紹道，BMS作為動(dòng)力電池的“大腦”，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)電壓、電流、溫度，同時(shí)進(jìn)行漏電、熱管理、電池均衡管理、報(bào)警提醒等，計(jì)算剩余容量(SOC)、放電功率，報(bào)告電池劣化程度(SOH)和SOC狀態(tài)，并在此基礎(chǔ)上利用算法，控制最大輸出功率以獲得最高行駛里程，以及控制充電機(jī)進(jìn)行最佳電流的充電，通過(guò)CAN總線接口與車(chē)載總控制器、電機(jī)控制器、能量控制系統(tǒng)、車(chē)載顯示系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。“BMS可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電池狀態(tài)信息、分析電池安全性能并優(yōu)化電池能量控制，是電池的重要中樞。一款優(yōu)秀的BMS產(chǎn)品，可以提高車(chē)輛續(xù)駛里程、保障安全、延長(zhǎng)整車(chē)壽命、降低使用成本。”他說(shuō)。

據(jù)悉，傳統(tǒng)的有線BMS方案，多利用雙絞線電纜以菊花鏈方式連接電池監(jiān)控器，傳輸從每個(gè)電池模塊采集的數(shù)據(jù)。不過(guò)，隨著消費(fèi)端對(duì)新能源汽車(chē)提出更高要求，有線BMS的局限性開(kāi)始逐漸暴露。

德州儀器(以下簡(jiǎn)稱“TI”)相關(guān)負(fù)責(zé)人在接受記者采訪時(shí)指出，當(dāng)前汽車(chē)有線BMS主要面臨三方面挑戰(zhàn)。首先，每個(gè)模組中的每個(gè)電池都必須通過(guò)通信電纜連接到一個(gè)用于調(diào)節(jié)電量、監(jiān)控電池的芯片上。為了使通信電纜的連接非?？煽浚@一部分往往采用菊花鏈連接，而且需要重型銅線作為線纜，導(dǎo)致BMS內(nèi)部電池組會(huì)形成非常龐雜的電纜布置，大大增加了電池的重量。

“其次，通過(guò)對(duì)市場(chǎng)需求的挖掘，我們發(fā)現(xiàn)客戶普遍反映，有線BMS的電纜和連接器故障是導(dǎo)致電池組出問(wèn)題的主要原因。一旦電纜或連接器發(fā)生故障，整個(gè)電池組可能就需要更換，費(fèi)用會(huì)十分高昂。”這位負(fù)責(zé)人說(shuō)道，“第三，有線電纜占用了巨大的電池組空間，整個(gè)體積比能量更大，而采用無(wú)線方案后，省出來(lái)的空間可以放更多電芯，提高整個(gè)電池組的體積能量密度。”

無(wú)線BMS　優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)同時(shí)存在

陳飛向記者詳細(xì)解釋了無(wú)線BMS所具有的幾方面優(yōu)勢(shì)：一是能夠降低電池系統(tǒng)重量，減少線束和接插件，從而大幅降低電池系統(tǒng)的重量，提高其能量密度，提高車(chē)輛續(xù)駛里程;二是可提升電池系統(tǒng)可靠性，有線BMS內(nèi)部大量的線束和接插件在行駛過(guò)程中容易發(fā)生失效和故障，無(wú)線BMS則通過(guò)減少連接件，降低電池系統(tǒng)的失效率，提高其可靠性;三是提高電池成組的靈活性，無(wú)線BMS擺脫了線束和接插件的約束，電池組可以更加靈活地布局，降低了電池系統(tǒng)的制造難度，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)在梯次利用環(huán)節(jié)，也可提升電池系統(tǒng)的重組效率。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，無(wú)線BMS就是通過(guò)通信芯片傳輸，從而節(jié)省了傳統(tǒng)線束和電池組占用的空間，可提高設(shè)計(jì)靈活性和可制造性，加強(qiáng)電池包的輕量化，同時(shí)不影響行駛里程和信息傳輸精度。

需要指出的是，無(wú)線BMS并非沒(méi)有缺點(diǎn)。從功能上考慮，BMS在數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮十分重要的作用，一方面，從有線到無(wú)線，除了需要大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，無(wú)線傳輸還要考慮通信協(xié)議、信息接受容錯(cuò)率等關(guān)鍵問(wèn)題;另一方面，雖然無(wú)線BMS無(wú)需維護(hù)內(nèi)置的線束，但采用無(wú)線系統(tǒng)也意味著，電池系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需要克服惡劣的汽車(chē)射頻環(huán)境和不在可直視范圍內(nèi)的挑戰(zhàn)，換句話說(shuō)，對(duì)于設(shè)計(jì)不當(dāng)或通信安全設(shè)計(jì)較差的系統(tǒng)，可能存在被攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。

這些現(xiàn)實(shí)的技術(shù)問(wèn)題能否得到解決，無(wú)線BMS的可靠性和安全性又能否有足夠的保障?對(duì)于上述疑問(wèn)，陳飛坦言：“通訊傳輸穩(wěn)定可靠和安全性始終是制約無(wú)線BMS發(fā)展的核心難題。一方面，在有限的空間內(nèi)要實(shí)現(xiàn)主從板、各從板之間的數(shù)據(jù)傳輸且滿足車(chē)規(guī)級(jí)數(shù)據(jù)毫秒級(jí)采集、傳輸?shù)男枨?，另一方面要滿足通訊穩(wěn)定、丟包率低、數(shù)據(jù)干擾小等要求，這些都是無(wú)線BMS下一步需要重點(diǎn)研究的技術(shù)方向。”

TI方面則表示，通過(guò)構(gòu)造全新的專有無(wú)線協(xié)議和無(wú)線MCU，可以在此類情況下完全保證無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的可用性和數(shù)據(jù)通信的安全性;此外，該方案還兼顧可靠性，具有低丟包率、單跳和低延遲的特性。

除了通訊方面的問(wèn)題，無(wú)線BMS在關(guān)鍵技術(shù)、成本等方面也有困境難解。陳飛告訴記者：“特別是在無(wú)線BMS信息安全方面，由于藍(lán)牙等無(wú)線通訊方式的應(yīng)用，車(chē)端電子電氣系統(tǒng)有了新的信息安全攻擊面，并且由于存在更加直接的入侵核心動(dòng)力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，在信息安全的加密傳輸、身份認(rèn)證、入侵檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)方面需要更深入的研究，后續(xù)還需針對(duì)無(wú)線BMS的特殊應(yīng)用場(chǎng)景，開(kāi)展研發(fā)流程、檢測(cè)技術(shù)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究。”

無(wú)線是趨勢(shì)　但未來(lái)有無(wú)線束尚無(wú)定論

自2017年11月凌力爾特在寶馬i3車(chē)型上演示首款無(wú)線BMS以來(lái)，唱衰有線BMS的聲音就不絕于耳。不過(guò)，目前，無(wú)線BMS的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用尚處于起步階段，通用汽車(chē)旗下凱迪拉克LYRIQ是全球首款配裝無(wú)線BMS的量產(chǎn)車(chē)，路特斯也計(jì)劃在其下一代電動(dòng)汽車(chē)架構(gòu)中采用ADI的無(wú)線BMS。

在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，多方勢(shì)力也在積極探索無(wú)線BMS的可行性應(yīng)用。華為研發(fā)了綠聯(lián)傳輸通訊，致力于突破無(wú)線BMS技術(shù);北航交通學(xué)院院長(zhǎng)楊世春教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從2020年開(kāi)始探索無(wú)線BMS方案，采用TI的通訊芯片作為核心組件，完成了基于英飛凌TC275主控芯片的無(wú)線BMS硬件方案設(shè)計(jì)和軟件研發(fā)……

一位不愿具名的業(yè)內(nèi)人士向記者表示，雖然有線BMS經(jīng)受了市場(chǎng)的考驗(yàn)，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)被淘汰，但無(wú)線方案的發(fā)展趨勢(shì)已逐漸明朗。他認(rèn)為，隨著無(wú)線BMS技術(shù)成熟度不斷提升和成本的進(jìn)一步降低，這一方案應(yīng)該很快會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

陳飛對(duì)無(wú)線BMS的未來(lái)也較為樂(lè)觀：“隨著5G等通信技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)端云融合應(yīng)該是BMS的主要發(fā)展方向?；谠贫烁咝阅苡?jì)算平臺(tái)和強(qiáng)大的傳輸能力，部署高精度電池模型，運(yùn)行高精度復(fù)雜算法，完成基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的動(dòng)力電池生命周期數(shù)據(jù)積累，完全可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池系統(tǒng)的全生命周期安全預(yù)警管控，提高動(dòng)力電池系統(tǒng)的安全性能。”

科技發(fā)展日新月異，市場(chǎng)瞬息萬(wàn)變，未來(lái)BMS究竟有無(wú)線束，現(xiàn)在尚無(wú)明確定論。TI方面認(rèn)為，無(wú)線BMS符合電源管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，但這并不意味著所有的BMS系統(tǒng)都會(huì)轉(zhuǎn)為無(wú)線。該公司負(fù)責(zé)人表示：“目前，一些車(chē)企已在考慮應(yīng)用無(wú)線BMS，因?yàn)槠鋬?yōu)勢(shì)非常明顯，但顧慮無(wú)線BMS安全性和其他性能不足的廠商也不在少數(shù)。所以，當(dāng)前主流市場(chǎng)上選擇無(wú)線BMS的廠商仍是少數(shù)。”

在ADI中國(guó)汽車(chē)電子事業(yè)部資深戰(zhàn)略與業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理陳晟曾看來(lái)，不管采用哪種通信技術(shù)，BMS系統(tǒng)對(duì)于信號(hào)傳輸實(shí)時(shí)性、可靠性的要求是一致的。無(wú)線通信有更多機(jī)制確保實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)要求，但由于電池包設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，仍有大量測(cè)試和驗(yàn)證工作需要在量產(chǎn)前完成。因此，無(wú)線BMS的前行之路仍然任重道遠(yuǎn)。

關(guān)鍵詞： 新能源汽車(chē) 動(dòng)力電池 通信技術(shù) 信息傳輸