Batterie-Management-System Erstes drahtloses Konzept für die Realisierung von ASIL-D-Systemen

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Mit einer neuen Wireless-BMS-Lösung können Automobilhersteller die Komplexität ihrer Designs verringern, die Zuverlässigkeit steigern und das Fahrzeuggewicht reduzieren, um so die Reichweite zu vergrößern.

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Ein Wireless-BMS-system für E-Fahrzeuge: als erstes Konzept für die Realisierung von ASIL-D-Systemen bewertet.
Ein Wireless-BMS-system für E-Fahrzeuge: als erstes Konzept für die Realisierung von ASIL-D-Systemen bewertet.
(Bild: Texas Instruments)

Texas Instruments (TI) hat eine Weiterentwicklung auf dem Gebiet der Batteriemanagement-Systeme (BMS) für Elektrofahrzeuge (EV) vorgestellt. Die laut Hersteller leistungsfähigste Lösung für drahtlose BMS-Anwendungen wartet mit dem ersten unabhängig bewerteten Functional-Safety-Konzept auf. Durch ein Funk-Protokoll mit hoher Netzwerkverfügbarkeit demonstriert die Wireless-BMS-Lösung, wie Fahrzeugkonstrukteure auf schwere, teure und wartungsanfällige Kabel verzichten und die Zuverlässigkeit und Effizienz von EVs weltweit verbessern können.

Mit der Wireless-BMS-Lösung von TI können Automobilhersteller die Komplexität ihrer Designs verringern, die Zuverlässigkeit steigern und das Fahrzeuggewicht reduzieren, um so die Reichweite zu vergrößern. Dank der Flexibilität, die sich durch das Skalieren von Designs für verschiedene Fahrzeugmodelle ergibt, können Automobilhersteller mit der Wireless-BMS-Lösung schneller in die Produktion gehen. Die Lösung beinhaltet ein Evaluierungsmodul für den mit 2,4 GHz getakteten SimpleLink-Wireless-Mikrocontroller CC2662R-Q1, Software und Functional-Safety-Ressourcen wie ein Safety Manual, eine Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse (Failure Mode and Effects Analysis, FMEA), eine Diagnose-Analyse (FMEDA), den Konzeptreport des TÜV SÜD und mehr. Weitere Informationen finden Sie außerdem in dem Blogbeitrag „More miles, fewer wires in future electric vehicles”.

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„Drahtlose Batteriemanagement-Systeme werden sich auf dem EV-Markt zunehmend durchsetzen, weil diese Fortschritte nicht nur mehr Designflexibilität ermöglichen, sondern gegenüber traditionellen Systemen auch für weniger Komplexität und niedrigere Kosten sorgen“, erläutert Asif Anwar, Direktor des Powertrain, Body, Chassis and Safety Service bei Strategy Analytics. „Mit der Demonstration einer Lösung, die diese Vorteile mit der ASIL-D-Konformität verbindet, setzt die Lösung von TI einen Maßstab, an dem sich die Industrie zu messen hat.“

Konformität zu ASIL D für die Norm ISO 26262

Um die Entwicklungszeit der Automobilhersteller zu verkürzen, forderte TI beim TÜV SÜD, der branchenweit führenden Functional-Safety-Instanz, eine unabhängige Evaluierung der quantitativen und qualitativen Fehlererkennungs-Performance seiner Functional-Safety-Konzepts der Wireless-BMS-Lösung an. Außerdem sollte für die Automobilhersteller die Erreichbarkeit des Automotive Safety Integrity Level (ASIL) D, des höchsten Zertifizierungsgrads der ISO-Norm 26262 bewertet werden.

Mit einem eigens für Wireless-BMS-Anwendungen entwickelten Funk-Protokoll zielt das Functional-Safety-Konzept der Wireless-BMS-Lösung von TI speziell auf die Detektierung von Kommunikationsfehlern sowie auf Security-Aspekte ab. Das mithilfe des Wireless-Mikrocontrollers CC2662R-Q1 implementierte, proprietäre Protokoll ermöglicht einen robusten und skalierbaren Datenaustausch zwischen einem hostseitigen Systemprozessor und dem unlängst angekündigten Batterie-Monitor und -Balancer BQ79616-Q1.

Geschützte Bereitstellung der branchenweit besten Netzwerkverfügbarkeit

Mit der branchenweit höchsten Netzwerkverfügbarkeit von mehr als 99,999% und einer Netzwerk-Restartzeit von maximal 300 ms liegt das mit dem Wireless-Mikrocontroller CC2662R-Q1 implementierte BMS-Funkprotokoll bereits auf dem Niveau leitungsgebundener Verbindungen. Mit diesem Wireless-Mikrocontroller sorgen spezielle, hohen Durchsatz und geringe Latenz bietende Zeitschlitze dafür, dass die Daten vor Verlust oder Verfälschung geschützt werden. Mehrere Batteriezellen können dabei ihre Spannungs- und Temperaturdaten mit einer Genauigkeit von ±2 mV und einer Netzwerk-Paketfehlerrate von unter 10-7 an den Haupt-Mikrocontroller übermitteln. Potenziellen Bedrohungen können Automobilhersteller mit den Security-Ressourcen von TI entgegentreten, zu denen der Austausch und die Auffrischung der Schlüssel, die eindeutige Bausteinkennung, Debug-Sicherheit, der Schutz des Software-IP durch einen JTAG-Lock (Joint Test Action Group), beschleunigte 128-Bit-AES-Kryptografie (Advanced Encryption Standard) und Message Integrity Checks gehören.

Zuverlässige, über mehrere Plattformen skalierbare Systemdesigns

Mit Blick auf die langfristigen Designanforderungen der Automobilhersteller zeichnet sich die Wireless-BMS-Innovation von TI durch die größte Skalierbarkeit in der Industrie aus. Das deterministische Protokoll bietet den höchsten Durchsatz auf dem Markt und ermöglicht Automobilherstellern die Realisierung eines Batteriemoduls, in dem ein einziges Wireless-System-on-Chip mit mehreren Batteriemonitoren des Typs BQ79616-Q1 verbunden ist. So sind verschiedene Konfigurationen, wie etwa Systeme mit 32, 48 oder 60 Zellen realisierbar. Das System ist dank der branchenweit geringsten Latenz von unter 2 ms pro Knoten und der zeitsynchronisierten Messungen über sämtliche Knoten hinweg für bis zu 100 Knoten ausgelegt. Der Wireless-Mikrocontroller CC2662R-Q1 isoliert die einzelnen Zellüberwachungs-Einheiten voneinander, sodass auf Daisy-Chain-Isolationsbausteine mit den entsprechenden Kosten verzichtet werden kann. Der Batterie-Monitor und -Balancer BQ79616-Q1 wartet in ein und demselben Gehäusetyp mit unterschiedlichen Kanaloptionen auf, was für Pinkompatibilität sorgt und die 100-prozentige Wiederverwendbarkeit der etablierten Hard- und Software auf allen Plattformen ermöglicht.

Gehäuse, Verfügbarkeit und Preise

Als Starthilfe für ihre Designprojekte können Automobilhersteller kostenlos das SimpleLink Wireless BMS Software Development Kit (SDK) herunterladen und außerdem das SimpleLink Wireless BMS Evaluation Module (CC2662RQ1-EVM-WBMS) erwerben, das auf TI.com für 999,- US-$ angeboten wird. Der Wireless-Mikrocontroller CC2662R-Q1 ist zum Preis von 2,79 US-$ (ab 1.000 Stück) erhältlich. Der 16-kanalige BQ79616-Q1 besitzt ein 10 mm x 10 mm großes, thermisch optimiertes HTQFP-Gehäuse (Thin Quad Flat Package) mit 64 Pins und kostet 6,90 US-$ (ab 1.000 Stück). Sämtliche Komponenten der Wireless-BMS-Lösung sind auf TI.com umgehend erhältlich.

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