1.無(wú)線BMS技術(shù)概況

無(wú)線BMS技術(shù)采用無(wú)線通訊的方式，大幅減少電池系統(tǒng)內(nèi)部線束，節(jié)省了大量布置空間并減少重量，可實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)的高效集成，目前已有個(gè)別車型實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。但該技術(shù)目前還面臨電磁兼容性較差、抗干擾穩(wěn)定性較差、網(wǎng)絡(luò)攻擊風(fēng)險(xiǎn)較高和成本較高的挑戰(zhàn)，技術(shù)成熟度較低，尚不滿足大規(guī)模商用的條件，期望通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同努力，促進(jìn)無(wú)線BMS技術(shù)盡快完成驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用。

1.1技術(shù)定義

無(wú)線BMS（Wireless Battery Management System，WBMS）技術(shù)是指使用無(wú)線通訊進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)碾姵毓芾硐到y(tǒng)，是動(dòng)力電池系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，監(jiān)控動(dòng)力電池工作參數(shù)（溫度、電壓、電流等），進(jìn)行動(dòng)力電池狀態(tài)估計(jì)，為電池系統(tǒng)提供通信、安全、電芯均衡及管理控制，并提供與應(yīng)用設(shè)備通信的接口，主要包含電池控制單元、電池檢測(cè)單元及其附件。

1.2技術(shù)特點(diǎn)

傳統(tǒng)BMS技術(shù)方案采用線束進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，因?yàn)榫栈ㄦ溣芯€通信協(xié)議中內(nèi)置了功能安全特性，所以這是實(shí)現(xiàn)汽車ASIL D合規(guī)性的最可靠方法。然而，線束也有其缺點(diǎn)：電纜故障、保修維修和電芯更換的高昂成本。為解決上述問題，無(wú)線BMS系統(tǒng)使用無(wú)線方案把線束取消后，省出來(lái)的空間可以放更多電芯，提高電池系統(tǒng)的比能量。無(wú)線BMS技術(shù)的本質(zhì)是采用無(wú)線通信，減少?gòu)目谻SU之間、從控與主控BMS之間的線束，而電壓與溫度的采樣以及將電壓和溫度傳送至從控CSU的方案不受影響；此外，BMS與繼電器、高溫保險(xiǎn)絲、整車VCU之間的控制連接線也不受影響。

無(wú)線BMS與常規(guī)BMS方案的對(duì)比如表1所示。出色的無(wú)線BMS網(wǎng)絡(luò)可變革目前電池管理的方案，通過(guò)采用經(jīng)獨(dú)立評(píng)估的功能安全設(shè)計(jì)，使主機(jī)廠能夠降低其電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，提高可靠性并減輕車輛重量，從而延長(zhǎng)續(xù)航里程。無(wú)線BMS技術(shù)主要優(yōu)勢(shì)包括：通過(guò)消除線束來(lái)降低系統(tǒng)成本和生產(chǎn)復(fù)雜性；使新架構(gòu)能夠更充分利用空間并設(shè)計(jì)更高比能量的電池包；通過(guò)消除繁重、成本高昂且需要頻繁維護(hù)的布線并減少連接器數(shù)量來(lái)提高自動(dòng)化程度，進(jìn)而加快組裝速度并提高生產(chǎn)效率。另外，無(wú)線BMS技術(shù)的無(wú)線協(xié)議可提供高性能，實(shí)現(xiàn)高達(dá)1.2Mbps的高數(shù)據(jù)吞吐量，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的延遲小于2ms，實(shí)現(xiàn)可用性超過(guò)99.999%的安全數(shù)據(jù)通信。

1.3關(guān)鍵技術(shù)

無(wú)線BMS關(guān)鍵技術(shù)主要聚焦于無(wú)線通信技術(shù)，包括數(shù)據(jù)傳輸高吞吐技術(shù)、同步低延遲技術(shù)、可靠數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、安全連接技術(shù)、低功耗技術(shù)、低成本技術(shù)等。

（1）數(shù)據(jù)傳輸高吞吐技術(shù)：滿足大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚韱卧?，并隨電池模塊數(shù)量增加而擴(kuò)展的要求，速率實(shí)現(xiàn)1兆位/s。

（2）同步低延遲技術(shù)：在電池模塊數(shù)量增加后，可通過(guò)固定時(shí)間發(fā)送廣播信息包實(shí)現(xiàn)不同模塊之間的同步數(shù)據(jù)反饋。

（3）可靠數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)：具有多個(gè)無(wú)線電信通道確保數(shù)據(jù)可靠傳輸。

（4）安全連接技術(shù)：通過(guò)加密和身份驗(yàn)證提供安全通信，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。

（5）低功耗技術(shù)：在數(shù)據(jù)采集時(shí)期工作，其余間隔時(shí)段休眠，以減少電耗。

（6）低成本技術(shù)：系統(tǒng)總體成本控制良好，使其具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2.無(wú)線BMS技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)

無(wú)線BMS技術(shù)的研究已取得了一定進(jìn)展，并開始了小規(guī)模量產(chǎn)。恩智浦嘗試將Thread協(xié)議應(yīng)用到電池管理系統(tǒng)上；蜂巢能源與森薩塔科技合作開發(fā)無(wú)線BMS；凌力爾特與寶馬公司合作推出了采用SmartMesh技術(shù)的無(wú)線BMS概念車；德州儀器和凌力爾特分別推介自家的無(wú)線BMS方案。在乘用車上，通用汽車已將無(wú)線BMS技術(shù)應(yīng)用于奧特能平臺(tái)，并實(shí)現(xiàn)了凱迪拉克LYRIQ等車型量產(chǎn)；在商用車上，宇通無(wú)線BMS技術(shù)已搭載樣車并進(jìn)行可靠性測(cè)試，可在驗(yàn)證通過(guò)后實(shí)現(xiàn)更靈活的商用車電池系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)。

2.1發(fā)展趨勢(shì)

趨勢(shì)一：高精度算法是BMS的核心，需不斷提高估算精度。對(duì)于BMS來(lái)說(shuō)，動(dòng)力電池狀態(tài)估計(jì)是核心功能，高精度SOX估算算法可準(zhǔn)確評(píng)估電池狀態(tài)，并發(fā)揮出最佳性能，是BMS的核心競(jìng)爭(zhēng)力，需要不斷提高精度。

趨勢(shì)二：主動(dòng)均衡功能具有更佳工作特性，應(yīng)用比例將逐漸提高。目前受到成本影響，采用被動(dòng)均衡功能的方案較多，但主動(dòng)均衡能量損耗小、電池能量保持率高，預(yù)計(jì)未來(lái)應(yīng)用規(guī)模可逐漸提高。

趨勢(shì)三：分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓展性強(qiáng)，將是未來(lái)主流方向。集中式BMS成本較低，但適用性較差；分布式BMS電池系統(tǒng)內(nèi)部布局簡(jiǎn)單、可拓展性強(qiáng)，將更適配未來(lái)新能源汽車長(zhǎng)續(xù)航、高電壓和平臺(tái)化需求。

趨勢(shì)四：無(wú)線BMS優(yōu)勢(shì)明顯，將逐步取代傳統(tǒng)BMS方案。無(wú)線BMS可大幅減少電池系統(tǒng)內(nèi)部線束，提高電池系統(tǒng)成組效率，減少連接器等零部件，將逐步取代目前傳統(tǒng)BMS方案，市場(chǎng)前景廣闊。其發(fā)展趨勢(shì)在于提高電池兼容性、提高抗干擾穩(wěn)定性、降低網(wǎng)絡(luò)攻擊風(fēng)險(xiǎn)和控制成本。

2.2面臨挑戰(zhàn)

從技術(shù)層面看，在電磁兼容性方面，需要在工作過(guò)程中滿足電池系統(tǒng)全生命周期電池兼容性能要求；在抗干擾穩(wěn)定性方面，需要防止無(wú)線通訊被外部干擾的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或遲滯未能對(duì)電池系統(tǒng)做出及時(shí)響應(yīng)；在網(wǎng)絡(luò)攻擊方面，一旦遭受外部網(wǎng)絡(luò)攻擊被施加不良意圖，有電池系統(tǒng)及整車失控的風(fēng)險(xiǎn)。

從產(chǎn)業(yè)化層面看，目前該方案成本較高，涉及到成本與收益的平衡，短期內(nèi)恐難以大規(guī)模普及。預(yù)計(jì)在成本較大降幅前提下，才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用。隨著芯片成本逐漸降低，無(wú)線BMS技術(shù)會(huì)推廣到更多的車型上，其應(yīng)用價(jià)值會(huì)更加顯著，將有力推動(dòng)新能源汽車動(dòng)力電池管理技術(shù)進(jìn)步，能夠在電池生產(chǎn)、電池倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、車輛制造、運(yùn)行維護(hù)、電池回收等整個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮有益作用，使電池系統(tǒng)更加安全、智能、環(huán)保。

3.首批汽車安全沙盒監(jiān)管試點(diǎn)申報(bào)情況

2023年11月10日，市場(chǎng)監(jiān)管總局質(zhì)量發(fā)展局發(fā)布“關(guān)于確定首批汽車安全沙盒監(jiān)管試點(diǎn)名單的通知”，鄭州宇通集團(tuán)有限公司申請(qǐng)的商用車用電池管理系統(tǒng)無(wú)線通信技術(shù)入選。

宇通針對(duì)商用車電池多、布置分散，導(dǎo)致組網(wǎng)時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)采集同步性差、數(shù)據(jù)傳輸送達(dá)率低等三項(xiàng)無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用難題，通過(guò)開發(fā)無(wú)低壓線束電池箱，發(fā)明高效的無(wú)線電池箱編碼成組方法，建立立體式多層級(jí)電池?zé)o線管理技術(shù)等創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源商用車電池系統(tǒng)高效、可靠的無(wú)線管理。已獲無(wú)線電池箱、電池系統(tǒng)編碼成組方法、無(wú)線電池管理策略等方面發(fā)明專利，無(wú)線BMS主從控制器均為國(guó)內(nèi)開發(fā)。

4.小結(jié)

無(wú)線BMS技術(shù)應(yīng)用為行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。汽車安全沙盒監(jiān)管試點(diǎn)針對(duì)無(wú)線BMS技術(shù)可能存在的潛在未知風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行深度安全測(cè)試，從外部信息源干擾、零部件/整車EMC、無(wú)線通訊穩(wěn)定性等維度進(jìn)行實(shí)車應(yīng)用驗(yàn)證，并針對(duì)未識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)、潛在失效模式，分層分類提出改進(jìn)建議，有助于建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及推動(dòng)無(wú)線BMS技術(shù)安全水平提升與應(yīng)用推廣。