无线 BMS 消除了电线，为每个电池单元增加了智能

向电气化的转变，尤其是电动汽车，意味着电池监控对于安全性和寿命性能至关重要。为了颠覆电池管理系统 (BMS) 市场，总部位于英国的 Dukosi 开发了一种无线 BMS，在每个电池单元上放置一个芯片和嵌入式软件，以消除大量线束并将智能融入电池本身。

我们采访了 Dukosi 的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 解决方案有何不同，以及它对电池行业的意义。

他说：“我们开发的是一种用于超大型高压锂离子电池组的电池监控设备，您可以在电动汽车、电动巴士、船舶应用、电网储能应用中找到这种类型。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，您需要非常密切地监控这些电池。他们身上有很多能量。您需要非常密切地注意电池电压是多少、温度是多少等等，以确保电池组安全并尽可能延长它们的使用寿命。”

“我们开发的是硅芯片和与之配套的软件，让您可以监控单个锂离子电池的电压、电流、温度和许多其他特性。”

那么 Dukosi 是如何具有破坏性的呢？他说，“当你把芯片放在细胞上时，破坏性是什么。现在您拥有了一个智能电池，您可以将其配置为任何尺寸、形状和配置的电池组。您可以使用相同智能电池中的相同电池创建多个电池产品。这更具破坏性，因为它改变了电池行业监控和管理电池的方式。”

他说，在与潜在客户交谈时，首先想到的就是摆脱线束。 “包装制造商讨厌他们。他们所做的只是降低可靠性，造成安全问题，设计、制造和安装成本高昂，因此摆脱线束始终是第一位的；之后，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，在每个电池上进行位置测量。这使他们能够提高电池组的性能。”

电池管理的需要

Dukosi 表示，电池监测对于安全性和最佳使用寿命性能至关重要，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，一种全新的真正无线方法还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充电和放电，降低电池退化、损坏甚至火灾的风险。好处不止于此，准确了解电池组的充电状态 (SoC) 可以确定车辆的续航里程，从而减少“续航焦虑”并缩短充电时间。

此外，随着时间的推移，温度、电压和充电/放电周期等受监控信息的累积可以指示电池的健康状态 (SoH)。随着电动汽车车队的老化，电池的 SoH 可以成为“第二次生命”使用的交易破坏者，无论是在汽车的转售中，还是在另一个不太繁重的应用（如电网储能）中重新利用电池组。最大限度地延长电池寿命可降低电池的使用寿命成本，并最大限度地降低回收频率和成本，从而普遍减少运输对环境的影响。

电缆有问题

几十年来，电池监控在工业和电信领域已得到认可，关键系统的备份非常重要。为服务器群中的 UPS 供电的 48V 铅酸电池阵列可以负担将庞大的集中监控硬件连接到每个电池的线束，但将原理应用于在高度封闭和恶劣的环境中具有高达 800V 电池串的电动汽车不是一个理想的解决方案。

然而，这正是 BMS 当前的典型实施方式，并且由于高电压和因振动而导致电线磨损的风险，与串中单元的电缆连接必须为它们携带的信号而设计过大，并具有相关的重量和空间罚款，更不用说安装费用了。

电动汽车的“无线”电池监控似乎是应对这一挑战的明显解决方案。现有的解决方案是从旧的模块化架构演变而来的，其中监控串中多个电池的电压。生成的模拟值在电池组内置的多个模块之一中进行多路复用，“数字化”，然后通过射频链路传递到中央处理器。

受多路复用器的额定电压限制，监测的电池数量通常为 12 或 14 个，每个电池增加约 3.7V。受监控的单元数量设置为 16 个或更多，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求。这妨碍了本地数据聚合和处理的轻松合并，因此必须集中完成，从而在 RF 连接中造成瓶颈。

然而，更显着的缺点是每个多路复用电池电压的测量精度会降低串，并且需要更长的物理电线连接到每个电池。噪音拾取是一个额外的问题。必须密切关注 RF 天线的位置，以确保每个模块都与中央接收器之间具有“视线”，否则必须构建复杂且不可预测的网状网络，从而使数据速率和延迟无法预测。

进入电池的“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控细胞以解释读数，并以专有嵌入式软件创建的直方图形式随时间无线传输瞬时和汇总数据。

该公司表示，其超低功耗硬件是一个由受监控电池供电的微型 CMOS 芯片，因此该 IC 技术与常见的处理器内核和内存兼容。不需要模拟信号多路复用，因此精度得到优化，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 技术解决了连接天线的问题。类似于“非接触式”支付的感应回路，一个细的、低电压的单线回路围绕电池组布线，靠近每个 Dukosi 监视器，松散地耦合到传感器上的一个回路中，物理间隔只有几毫米。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气隔离。每个 IC 都有一个唯一标识符，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。整个系统被设计为安全的，作为 ASIL D 级电池组的 ASIL C 组件。

将“始终开启”的智能置于电池组中，即使在不使用电动汽车时，也为长期记录使用和性能数据提供了机会，这些数据可以被解释为健康状况，甚至可以作为来源进行维护电池在其生命周期中的任何时间。随着硬件、布线和安装成本的降低，这种系统的使用寿命优势可用于所有电动汽车类型以及更广泛的储能应用。

Sylvester 解释了 Dukosi 如何以不同的方式执行无线 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与 1990 年代后期可用的设备几乎完全相同。那个时候它并没有真正进化。该技术在其他地方采用的方式是试图同时处理越来越多的电池，因此 12 电池、14 电池、16 电池，这使它们走上了一条试图达到越来越高电压的特定路线。”

“我们的产品一次只处理一个细胞，所以你需要更多的细胞。但它使对该电池的测量非常好：我们的测量精度处于行业领先水平。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来告诉你充电状态或健康状态，或锂离子电池的许多其他特性，我们可以在一个电池上做得非常非常好，然后你可以连接它们所有这些都非常容易地组合成一个电池网络。没有额外的连接器。那里没有线束或所有其他东西。一切都过去了。”

“然后，该电池网络会告诉您有关电池系统的所有信息。你拿走了电缆，你拿走了连接器，你拿走了所有你需要的机械结构来支撑它们并确保它们不会编织，移动测量，传感器，直接点您需要在何处进行测量。”

您将能够在嵌入式边缘与 Nitin 播客上听到对 Joel Sylvester 的完整采访 .