德州仪器(TI)师英:未来几年,无线BMS将给新能源汽车带来变革

文章来源:AI 汽车制造业 发布时间:2021-01-18
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在1月17日上午进行的未来电池论坛上,德州仪器(TI)中国区首席应用技术专家师英发表了主题演讲。

2021年1月15-17日,第七届中国电动汽车百人会论坛在钓鱼台国宾馆以线上方式举办召开,本届论坛以“新发展格局与汽车产业变革”为主题,聚焦产业发展的趋势动态、热点痛点等问题。在1月17日上午进行的未来电池论坛上,德州仪器(TI)中国区首席应用技术专家师英发表了主题演讲。

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德州仪器(TI)中国区首席应用技术专家师英

以下为演讲实录:

尊敬的各位科学家、各位领导还有各位嘉宾大家上午好!

接下来的15分钟时间我代表德州仪器半导体技术有限公司给大家做一个关于无线BMS的专题报告。这是一整套的符合ISO26262 ASIL-D标准的,完整的系统解决方案,这一套解决方案也是我们上周借着CES的平台在全球首发,今天也是借着EV100论坛的平台在国内首发。

当我们考虑电动汽车BMS系统的时候,我们看在系统级别有什么样的一些设计挑战,因为现有的在PACK里面每一个电池包,每一个电芯到每一个模组,模组之间都是电缆连接起来,我指通信的电缆,目前所有基本上新能源汽车电池包里面的通信都是菊花链方式连接,这个连接方式就需要电缆,而为了保证整个通信的可靠性,电缆都是用材质密度比较大的重型铜线,所以会增加很多的重量。另外我们在跟我们的客户去沟通的时候发现,对一个BMS系统来讲,它的故障率往往出现在电缆和连接器上面,这都使得传统BMS的成本和维护都要付出相当大的代价。

从另外一个方面来铜线在电池包内部所占的容量也使得有一部分空间不能放置电芯,也就是说有一部分空间可能是被浪费掉了。

基于这样的一些设计挑战,我们在传统的有线BMS基础上做了一些技术的革新,大家现在看到的这两幅框图的左边是我们传统的有线BMS的框图(PPT)。左边这幅框图的右边一部分CSU,就是在电芯的管理单元里边,我们可以看到有一条菊花链的电缆连接,把每一个模组串联起来,然后和BMU来进行通信。另外就是说在每一个CSU之间,和通信的桥接芯片到BMU之间都会有很多电器隔离的设备和器件,这些隔离的器件也会带来一部分的成本。所以在右边无线创新的BMS系统里面,我们可以抛弃菊花链的重型铜线的电缆连接,也可以移除掉很多隔离的器件,使得整个BMS系统的成本更加优化。

TI的BMS方案有几个特点,第一个是我们在2020年夏天这一套系统通过了TUV难得的ISO26262 ASIL-D系统功能安全认证,大家知道任何一个系统我们谈到功能安全的时候谈的是系统级,我们整个BMS这一套系统解决方案作为一个完整的系统得到了TUV难得的认证。

我们BMS系统无线通信网络是针对无线BMS应用的具体使用场景单独专门开发的一套无线通讯网络协议,我们可以做到无线网络可用性达到99.999%。另外我们在电池管理本身的技术方案上可以实现各种不同的模组和平台之间的跨越,在设计的时候都是同一套的设计系统,可以兼容最多的电池的种类,还有模组的大小,甚至像CTP等等的各种不同的设计平台。

 TI的无线BMS方案里面两个核心的器件是我们的CC2662和BQ79616这两个芯片。

左边的CC2662芯片是我们符合汽车Q100认证的一个无线通信芯片,是一个无线片上系统,也就是包括了一个单片机和无线通信以及协议站都集成在里面,我刚才提到我们为无线BMS系统专门开发的专有无线BMS的网络方案,也是预先集成在这个芯片里面。这个芯片本身是Q100的,而且也是符合ISO26262 QM的一个芯片。右边的BQ79616是我们现在主推的BMS的监控和平衡的管理芯片,这个芯片虽然说在这里只写了BQ79616,但是是一个系列,从12串、14串、16串,以及48伏应用的其他串数组合,这一系列芯片比较兼容,而且软件兼容。在不同的模组和PACK组合时候可以带来更大的便利性和成本。

如果我们碰巧需要一个28串电芯的模组,如果用16串芯片去搞的话,会出现两个16就是32串,会出现4个串的管理单元被浪费掉的情况。如果用我们的12串搭配16串的芯片的话,正好是28串,一个通道都不会浪费。

刚才提到无线网络的可用性,我提到我们无线网络的可用性可以达到99.999%这样的一个可用性。也就是说无线网络失效的几率非常非常低,一旦发生失效时候我们可以在300毫秒之内重新建立无线连接网络。

另外我们设计无线网络的通信时序,可以大幅度提高无线传输的数据存储量和低延迟。数据存储量可以做到1.2Mbps,然后每个节点的延迟会控制在两个毫秒以下。那么在电池的监控本身可以使得每一个无线节点,向主MCU发送精度误差不高于两个毫伏的电池电压数据以及温度数据,而且网络数据包的错误率控制在10的负7次方。

除了这些网络可用性和功能的安全方面之外,在系统信息安全方面有很多考虑,我们网络里面有独有的密钥交换和刷新功能,器件之间的互相认证以及调试安全等等,这些都是基于AES128位加密处理器的基础之上,用软件来实现。

我们这一套无线BMS的方案,不光是两个芯片,我们做完整套完整的从软件到硬件的设计,可以最大的帮助我们客户在很短时间内完成一整套系统的设计和调试。

在性能上,它可以支持多达一百多个节点,如果每个节点是16串的话,这个电池包非常巨大,也就是说基本上能够满足目前在各种新能源汽车行业里面用到的电池包的容量和电压。然后每个节点小于2毫秒的超低延迟,在每个节点上,我们每个节点在通讯时候还会打上时间戳来完成,让每个电芯测量的时间点可以做到同步。这套方案不管是从硬件还是软件从现在都可以从我们的网站上或者我们的销售办公室同事那边获得,我们SDK就是无线BMS网络的SDK可以在TI.COM网站上免费下载,这一套无线BMS的开发套件也可以在TI.COM上购买。这两个芯片,CC2662和BQ79616这两个芯片也已经完全量产。

在最后,我想补充强调一下,德州仪器作为全球领先的半导体供应商,在中国市场也已深耕多年。我们在中国目前有3个研发中心,有17个销售办公室,1个端到端生产、封装、测试工厂,在2021年,我们的工厂二期也将投入使用。由此,大家可以看到,TI在中国市场的投入是不断加深的,我们在持续努力,以实现在中国设计,在中国生产制造,然后在中国服务我们中国本地的客户。在汽车这个领域里边,我们在几年前就已经有一个纵向的服务,不管从车厂到供应商各个环节的客户一直有一个专业的服务团队。从半导体产品的创新上,我们目前有多于7000多种车规级产品,自从2014年以来,每年都会以几百种的增量增加我们的汽车电子专用的芯片。

未来数十年我们会持续在汽车电子上会加大投入,我们的每年的,如果大家留意一下我们的报告的话,每年会在汽车电子和研发上投入很多很多的投资。除了芯片产品以外,我们在系统级也帮我们客户提供很多解决方案,就好像我刚才提到的无线BMS方案,我们到目前为止已经有150多种像刚才提到的无线BMS的系统级解决方案,这些方案都是作为一些参考设计或者基础的模组化的设计提供给我们的客户,让我们客户开发自己产品时候不会从零开始,然后尽可能的缩短设计时间。到目前为止,针对汽车这个领域,我们已经有350多种参考设计,我们的所有的芯片也好、方案也好都是符合汽车电子所要求的行业质量标准要求。

另外就是在供货安全性方面,我们在全球有14个生产基地,这个也是德州仪器和大部分的半导体公司不一样的地方,就是我们的产能是属于德州仪器自己的,我刚才提到CFAB,在成都这个也会是集前端的制造到后端的安装测试一体的自动化的工厂。

我们每年为汽车电子开发的专有工艺和封装上也会有很多创新和发明,让产品的可靠性和新能源价格比能够持续提高。另外就是保证质量,按时交付,按时交付核心的依赖就是我们14个生产基地的产能。

所以,我们相信在未来的几年的时间之内,无线BMS会给新能源汽车带来进一步的变革,让新能源汽车能够更轻量化、更高效,然后更安全。

谢谢大家!


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