无线BMS消除了电线，为每个电池单元增加了智能

发布时间: 2023-04-20 10:40:21 电子资讯发布人: 久芯网浏览量: 155

向电动化的转变，尤其是电动汽车，意味着电池监测将对安全性和寿命性能至关重要。为了扰乱电池管理系统（BMS）市场，总部位于英国的Dukosi开发了一种无线BMS，将芯片和嵌入式软件安装在每个电池单元上，以消除大量线束，并将智能引入电池本身。 ...

向电动化的转变，尤其是电动汽车，意味着电池监测将对安全性和寿命性能至关重要。为了扰乱电池管理系统（BMS）市场，总部位于英国的Dukosi开发了一种无线BMS，将芯片和嵌入式软件安装在每个电池单元上，以消除大量线束，并将智能引入电池本身。

我们采访了Dukosi创始人兼首席技术官Joel Sylvester，解释了该公司的解决方案与市场上已有的无线BMS解决方案的不同之处，以及它对电池行业意味着什么。

他说， “我们开发的是一种电池监测设备，用于非常大的高压锂离子电池组，就像你在电动汽车、电动公交车、船舶应用、电网储能应用中看到的那样。基本上，现在任何需要大电池组的东西都在转向或已经转向锂离子化学，你需要非常监测这些电池紧密相连。他们身上有很多能量。您需要非常密切地关注电池电压、温度等，以确保电池组的安全，并使其尽可能长时间使用。”

“我们开发的是一种硅片和配套软件，可以监测单个锂离子电池的电压、电流、温度和许多其他特性。”

那么，Dukosi是如何造成破坏的呢？他说， “颠覆性的是当你把芯片放在电池上时。现在你有了一个智能电池，你可以将其配置成任何尺寸、形状和配置的电池组。你可以在同一智能电池中使用相同的电池创建多个电池产品。这更具颠覆性，因为它改变了电池行业的监控方式并管理他们的电池。”

他说，当与潜在客户交谈时，首先想到的总是扔掉线束。“电池组制造商讨厌它们。它们所做的只是降低可靠性，造成安全问题，它们的设计、制造和安装成本很高，所以去掉线束总是第一件事；在那之后，这就是测量的质量。我们可以以完全相同的方式对每个电池进行温度测量，在每个电池上定位。这使他们能够改进e电池组的性能。”

对电池管理的需求

Dukosi表示，人们普遍认为，电池监测对安全和最佳寿命性能至关重要，尤其是在电动汽车中，但目前的监测方法是从繁琐的旧技术演变而来的。该公司表示，一种新的、真正的无线方法也可以利用快速灵活的边缘计算的优势。

BMS的主要功能是保持安全的充电和放电，降低电池退化、损坏甚至火灾的风险。然而，好处还不止于此，准确了解电池组的充电状态（SoC）可以确定车辆续航里程，减少“续航焦虑”，缩短充电时间。

此外，随着时间的推移，诸如温度、电压和充电/放电循环之类的监测信息的累积可以指示电池健康状态（SoH）。随着电动汽车车队的老化，电池的SoH可能会成为“第二生命”使用的交易破坏者，无论是在汽车转售中，还是在电网储能等另一个不那么繁重的应用中重新使用电池组。最大限度地延长电池寿命可以降低电池的寿命成本，并最大限度地减少回收的频率和成本，从而总体上减少运输对环境的影响。

电缆是个问题

几十年来，电池监测在工业和电信领域得到了认可，关键系统的备份非常重要。为服务器场中的UPS供电的48V铅酸电池阵列可以提供将庞大的集中监控硬件连接到每个电池的线束，但将这些原理转移到在高度封闭和恶劣的环境中具有高达800V电池串的电动汽车上并不是一个理想的解决方案。

然而，这正是BMS目前通常的实现方式，由于高电压和电线因振动而磨损的风险，与串中电池的电缆连接必须过大，以适应它们所携带的信号，以及相关的重量和空间损失，更不用说安装成本了。

电动汽车的“无线”电池监测似乎是应对这一挑战的一个明显解决方案。现有的解决方案是从较旧的模块化架构演变而来的，其中监测串中多个单元的电压。产生的模拟值在电池组内置的多个模块中的一个模块中多路复用，“数字化”，然后通过RF链路传输到中央处理器。

监控的单元数量通常为12或14个，受多路复用器额定电压的限制，每个单元增加约3.7V。监控的单元的数量设置为增加到16个或更高，以减少所需的多路复用器数量，但这只会增加在IC制造过程中使用高压技术的需要。这排除了本地数据聚合和处理的容易结合，因此必须集中进行，从而在RF连接中造成瓶颈。

然而，更显著的缺点是每个多路复用单元电压的测量精度降低了串，并且需要到每个单元的更长的物理布线连接。噪声拾取是一个额外的问题。必须密切关注射频天线的位置，以确保每个模块都能“看到”中央接收器，或者必须建立复杂且不可预测的网状网络，从而使数据速率和延迟不可预测。

输入电池的“边缘”计算

因此，Dukosi采用了“边缘”计算的理念——通过本地处理单独监测细胞，以解释读数，并以专有嵌入式软件创建的直方图的形式随时间无线传输即时和聚合数据。

该公司表示，其超低功耗硬件是一种由监控电池供电的微型CMOS芯片，因此IC技术与通用处理器内核和存储器兼容。无需模拟信号多路复用，因此可以优化精度，并将芯片直接安装在电池上，以实现电压和局部温度的最大测量精度。

通过使用获得专利的NFC技术来解决与天线的连接问题。与“非接触式”支付的感应回路类似，在电池组周围，靠近每个Dukosi显示器，有一个薄的、低电压的单线回路，松散地耦合到传感器上的回路中，物理间隔为几毫米。这确保了快速和稳健的数据连接，但足以轻松提供最高电池组电压所需的电隔离。每个IC都有一个唯一的标识符，并由无线电管理器通过NFC连接进行轮询，无线电管理器控制通信过程并将数据传递给车辆管理电子设备。整个系统设计为安全的，作为ASIL D级电池组的ASIL C组件。

Dukosi开发了一种芯片和软件，可以监测单个锂离子电池的电压、电流、温度和许多其他特性。（资料来源：Dukosi）

即使在电动汽车不使用的情况下，在电池组中“始终开启”的智能为长期记录使用情况和性能数据打开了机会，这些数据可以被解释为健康状态，甚至可以在电池寿命的任何时候被保存为电池的来源。随着硬件、布线和安装成本的降低，这种系统的寿命效益可以在所有电动汽车类型中以及在更广泛的储能应用中发挥作用。

Sylvester解释了Dukosi如何以不同的方式进行无线BMS。他说， “你需要对锂离子电池进行测量。但目前市场上一些知名半导体公司的设备看起来几乎与20世纪90年代末的设备完全相同。在那段时间里，它并没有真正发展太多。这项技术在其他地方的发展方式是试图同时处理越来越多的电池，因此12个电池、14个电池，16个电池，这使它们走上了一条试图获得越来越高电压的特定路线。”

“我们的产品一次只做一个电池，所以你需要更多的电池。但它能很好地对电池进行测量：我们在测量方面具有业界领先的准确性。我们可以测量每个电池的温度。我们可以在电池上运行算法，告诉你锂离子电池的充电状态、健康状态或许多其他特性，我们可以做到在一个电池上非常非常好，然后你可以很容易地将它们连接到电池网络中。没有其他连接器。那里没有线束或所有其他东西。一切都结束了。”

“然后，电池网络会告诉你有关电池系统的一切你需要知道的信息。你拿走了电缆，拿走了连接器，拿走了支撑它们所需的所有机械结构，并确保它们不会像辫子一样，将测量、传感器移动到你需要进行测量的地方。”

你可以在嵌入式边缘与Nitin播客.

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