新興無線BMS系統解決方案深度分析

原作者：英飛凌汽車電子生態圈 Simon Luo

隨著電動車（EV）產業的快速發展，電池管理系統（BMS）的重要性日益凸顯。BMS作為電動車中的核心元件，負責監控電池的狀態，確保電池安全且高效地運行。傳統的有線BMS在電動車中的應用面臨著布線複雜、成本高昂、維護困難等問題。無線電池管理系統（Wireless BMS）作為一種新興技術，透過消除傳統BMS中的物理連接，提供了一種更靈活且經濟的電池管理方案。

無線BMS技術原理

無線BMS利用無線通信技術，如藍牙、Wi-Fi或專用的無線協議，實現電池單元數據的採集和監控。系統主要由無線通信模組、電池監控單元、中央控制單元和電源管理單元組成。無線BMS能夠即時收集電池的電壓、電流、溫度等數據，通過算法處理後，實現電池狀態的評估和故障診斷。

無線BMS的優勢

簡化佈線和PACK設計：無線BMS減少了線束的使用，簡化了電池包的設計和製造過程，降低製造的複雜度和成本。

高系統可靠性：有效減少高壓模組間的物理連接點，從而降低潛在的故障風險，提升系統電氣連接的可靠性。

增強靈活性和可維護性：無線BMS使得電池包的組裝和維護更加靈活，方便電池的更換和升級。

支持電池的梯次利用和回收：無線BMS便於追蹤電池狀態，有助於電池的二次利用和回收。

無線BMS面臨的技術挑戰

通信可靠性在複雜的汽車環境中，特別是電磁干擾，確保無線通信的穩定性和可靠性是一項挑戰。

技術標準和法規：無線BMS需要符合汽車產業的安全和通信標準，例如ISO 26262和ISO 21434等級。

英飛凌無線BMS解決方案如何解決這些技術挑戰
 

英飛凌無線BMS方案，主板採用了以高性能著稱的MCU AURIX™ TC397及PMIC TLE35584，子節點為TLE9018DQK，以低功耗藍牙晶片作為數據傳輸媒介，選用了業界首款量產的車規級符合BLE5.4協議的低功耗藍牙晶片CYW89829。可以有效解決面臨的技術挑戰。
 

Connected Mesh 組網方式增強系統組網的靈活性
 

Connected Mesh 組網方式為系統帶來了更多的靈活性，它允許將子節點依據組網通信數據傳輸方式分成兩級，第一級子節點可與主節點直接通信，第二級子節點可透過第一級子節點與主節點建立連接。這種組網方式在系統經歷複雜電磁環境、機械結構反射障礙或遠距離導致子節點通信困難或丟失時，可透過相鄰節點實現數據回傳。提升了系統的靈活性和可靠性。
 

PAwR 提高通信效率及可靠性
 

PAwR技術是Periodic Advertisement with Response的縮寫，藍牙5.4協議支援此通信方式。相較於傳統的通信方式，PAwR通信中主節點無需事先與所有子節點建立連線，可以直接以廣播的方式傳輸命令並接收數據。因此，PAwR可以大幅節省數據傳輸的時間，提升通信效率。在系統要求的數據刷新週期內，可以實現數據多次重傳機制，降低錯誤率。提升通訊的可靠性。

以2M傳輸速率，50000傳輸資料容量為例，以下數據為無資料重傳機制與一次重傳資料誤碼率PER的對比。其中可以看出誤碼率峰值從1.3974%降至0.036%，如果採用3次或4次重傳，誤碼率會大幅降低。
 

AFH 是英飛凌的另一種處理機制，它可以即時監測每個信道的通信品質，並對信道進行動態的禁用和重啟。如果發現某個信道在某段時間或特定工況下通信品質下降，可以暫時禁用該信道，此時，數據傳輸會避開該信道。當該信道的通信恢復後，則可以重新啟用該信道。這樣可以讓系統的通信可靠性大幅提升。

同樣以2M傳輸速率、50000傳輸數據容量為例，以下數據為AFH啟用與未啟用時，無數據重傳機制與一次重傳數據的誤碼率（PER）對比。其中可以看出，無數據重傳時的誤碼率峰值從0.046%降至0.002%。

系統級功能安全及資訊安全

英飛凌模擬前端TLE901x與控制器TC3xx均符合功能安全ASILD，端對端透過通信校驗等功能安全機制覆蓋隨機及系統失效，實現系統功能安全ASIL-D級資訊安全。

憑藉在無線藍牙和車規領域的多年應用經驗，Infineon 的無線 BMS 解決方案可提供從系統模擬到可靠性測試驗證的整套開發設計流程報告及技術支持，在保證產品可靠且低成本的同時，能有效縮短專案開發週期及降低開發難度。

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