产研：从有线到无线，BMS厂商面临的挑战？

什么是无线BMS（WBMS）？电池管理系统（BMS）是电池的智能管家，负责电池的安全、高效、长寿命运行。其主要功能包括电池单元的管理与维护，通过状态监测和异常保护，延长电池寿命。BMS系统集成了算法、硬件电路、软件等技术，长期以来主要由TI、ADI等国际大厂主导，市场前景广阔。 BMS也是电化学储能系统的重要组成部分，负责电池的监测、评估、保护及均衡。储能系统通常由电池组、BMS、能量管理系统（EMS）、储能变流器（PCS）等组成。其中，电池成本占比最高达60%，BMS则占比约5%。在汽车动力电池中，BMS通过CAN总线接口与整车控制系统和电子系统连接，确保电池在高温、震动环境下安全运行。相比消费电池和储能电池，动力电池需要处理更多复杂信号，因此对BMS的可靠性和稳定性要求更高。 随着电动汽车行业的快速发展，电池管理系统（BMS）作为电动汽车的核心组件，承担着确保电池安全、延长电池寿命、优化性能和提高整车效率的关键任务。然而，传统有线BMS在成本、安全性和数据传输效率等方面存在局限，难以满足行业日益增长的需求。 随着技术进步，市场上出现了有线和无线两种BMS解决方案。有线BMS通常利用双绞线电缆连接电池监控器，而WBMS则通过无线接口传输数据。根据TI的无线BMS方案(以下简称WBMS)，数据通过无线收发器从电池监控器传输到主机MCU，两者的主要区别在于无线方案中替代了有线解决方案中的双绞线电缆。为什么要用WBMS替代有线BMS？WBMS系统不仅适用于动力电池，还可广泛应用于储能电池、互储加储系统等场景。在储能应用中，WBMS系统能够降低系统复杂性，提升可扩展性和灵活性，并在电池回收、快充管理等方面发挥重要作用。通过精确的电池状态监测和管理，WBMS系统能够延长电池使用寿命，降低系统维护成本，提升整体经济效益。 WBMS技术的实施最早来自于对电动汽车工厂生产方式带来的改变。目前电动车生产制造开始采用全机器人制造，相比传统的半自动化制造，在效率和安全性上具有显著优势。WBMS生产可以使整个工厂车间使用无线通信，实现非接触式、全机器人化的电池组制造，进一步降低资本支出和运营支出。 除了电动车制造，WBMS也为新兴OEM和成熟OEM提供了绕过传统有线生产的机会，转而采用全无线、全机器人制造的方式，提高制造效率和灵活性，充分利用有限预算，与老牌企业竞争。WBMS通过支持生产每一步的自动化，使OEM更容易过渡到支持WBMS的工厂。 采用WBMS的OEM和电池供应商可以自由设计和生产不同电池组变体，而无需设计线束。他们可以采用软件可配置的通用WBMS平台，降低总体开发成本，提升灵活性，满足不断变化的消费者需求。通过WBMS支持Ultium电池平台，通用汽车公司将其扩展到不同品牌和车辆细分市场，从作业卡车到高性能汽车，实现更广泛的电气化。 WBMS还支持电池测量和报告性能，增强早期故障检测，帮助避免代价高昂的车辆召回，优化电池组装配。整个电池生命周期中均可远程监测数据，从组装到仓储和运输，再到安装和维护。 为了降低电池组生命周期的碳足迹并扩大收入潜力，可以通过“减少、修复和再利用”策略来实现。WBMS帮助减少代价高昂的车辆召回，简化维修，并促进电池再利用，作为替代报废和回收的首选方案。WBMS使维护备用模块库存变得简单，并且在车辆维修期间更换电池组更加容易。模块在供应链中移动及从库存货架装到车辆时，只需简单扫描，安装的简便性是传统有线BMS无法比拟的。 ADI认为，对于希望最大化延长电池组使用寿命和提高收入潜力的OEM而言，WBMS使二次电池的再利用效率更高。没有线束的电池组更容易维修和重复使用，确保使用寿命更长，整体碳足迹更环保。OEM可以将用过的电池转售用于太阳能或风能存储等应用，减少碳排放，提升经济效益。采用“减少、修复和再利用”策略的OEM，如果修复而不是处理电池组，每个电池组将减少7吨的碳排放，节约成本，并探索尽快转售用过的电动汽车电池，以获取最大收益。

WBMS对比传统BMS的优势，来源：与非研究院整理 无线BMS（WBMS）系统在电池管理系统领域的出现，代表了电池技术发展的一个重要方向。相较于传统BMS，WBMS在多个领域展现出了显著的优势，尤其在功耗、扩展性、结构简化、系统能量密度、安全性等方面。这些优势不仅提升了电池管理系统的整体性能，还有效降低了生产和维护成本，同时大幅度提高了系统的经济效益。 首先，从功耗角度来看，WBMS通过无线技术的应用，减少了系统中大量的有线连接。这种设计不仅简化了系统结构，还降低了能量的传输损耗，使得WBMS的整体功耗显著低于传统BMS。这在大规模应用中，尤其是在电动车和储能系统中，能够带来显著的能源节约效果。 在扩展性方面，WBMS通过无线通信技术的应用，打破了传统BMS在物理连接上的限制。传统BMS通常受到布线和物理连接的制约，难以在大规模系统中灵活扩展。WBMS则可以轻松应对这一挑战，支持多种电池类型和电压等级，提供了更多的选择和灵活性。这种扩展性不仅提高了系统的适应性，还能够满足未来电池技术发展的多样化需求。

传统有线BMS线路繁琐，来源：盛路物联

WBMS的结构简化也是其一大亮点。传统BMS系统中，复杂的线束布置不仅增加了系统的重量，还给安装和维护带来了巨大的挑战。WBMS通过无线通信技术，减少了这些线束的需求，大大简化了系统的安装过程。这不仅降低了生产成本，还减少了维护中的潜在风险，提高了系统的可靠性。 系统能量密度的提升是WBMS另一个显著的优势。通过减少线束和提高单节点的覆盖范围，WBMS能够在同样的体积下，容纳更多的电池单元，从而提升整个电池包的能量密度。这对于提高电动车的续航能力以及储能系统的效率具有重要意义。 在安全性方面，WBMS通过消除有线连接中的高压风险，极大地提高了系统的物理安全性。传统BMS中，复杂的有线连接不仅增加了故障的可能性，还存在潜在的安全隐患。WBMS则通过无线通信技术，降低了这些风险，使得系统更加安全可靠，特别是在无人值守的储能系统中，这一优势尤为明显。 此外，WBMS在通讯可靠性和实时性管理方面也表现出色。尽管有线通信在许多场合被认为更加稳定，但现代无线技术的发展，使得WBMS的通讯可靠性已经超过了传统有线系统。WBMS通过多信道技术，在遇到干扰时可以快速切换到稳定的信道，确保系统的持续可靠性。同时，WBMS在处理高并发任务时，响应时间更快，使得系统能够更好地进行实时监控和管理，特别是在热管理和电池管理方面，这一特性显著提升了系统的智能化和安全性。 从生产成本的角度来看，WBMS的优势也十分明显。传统BMS系统中，布线和焊接的复杂性不仅增加了生产成本，还对生产过程的自动化程度提出了挑战。WBMS通过消除这些有线连接，实现了更高水平的自动化生产，不仅降低了生产成本，还提高了产品的一致性和质量。 在系统耐用性和便捷性方面，WBMS的优势更是不言而喻。通过无线方式进行数据传输和监测，WBMS避免了传统BMS中因线路松动、震动、酸碱腐蚀等问题导致的故障，使得系统更加稳定可靠。同时，WBMS免去了传统系统中复杂的布线和焊接过程，使得安装和调试更加快速便捷，极大地提高了生产效率，降低了时间和人力成本。 最后，WBMS在电池信息的掌握和云端协同与大数据应用方面的优势，为系统的全生命周期管理提供了支持。通过实时监测每个电池单元的状态，WBMS能够更精准地掌握电池系统的性能和安全性，并且数据可记录、可追踪、可升级，满足当前立法趋势和市场需求。云端协同和大数据分析的应用，使得WBMS系统能够动态调整电池管理策略，优化电池性能，为电池系统的未来发展奠定了坚实基础。

无线BMS面临的技术挑战？“无线BMS的技术挑战点在无线。” 盛路物联的杜光东表示，随着电动汽车对智能化、模块化和无线化的需求不断增加，WBMS面临着处理高电压和大容量动力电池系统的挑战。未来，BMS不仅需要管理电池，还需成为电动汽车智能管理系统的重要组成部分。这意味着系统必须具备更高的数据处理能力、更精准的监控技术以及先进的故障预警机制，以应对复杂多变的使用场景。 其次，在通信可靠性方面，杜光东指出，复杂干扰环境下的通信可靠性问题是WBMS系统面临的主要挑战之一。行业普遍追求通信的高可靠性，要求达到“99.999”的标准，这在高度密集的电池系统中尤其具有挑战性。为了确保WBMS的通信可靠性，开发同步系统的通信技术显得尤为重要。相比传统的3GPP体系，802委员会的无线局域网体系在WBMS中更具适用性，有望为解决这一问题提供技术支持。

不同WBMS无线连接技术对比，来源：盛路物联

在技术路径选择方面，当前WBMS主要依赖于蓝牙、Wi-Fi等异步系统。这些技术虽然在一定程度上解决了无线通信的问题，但在复杂工业环境中，其通信效率和稳定性仍然存在不足。因此，发展同步通信系统，以确保WBMS在各种复杂环境中的稳定性和可靠性，成为行业发展的必然选择。 此外，BMS的状态估计精度和安全预警时间也是亟待提升的方面。尤其是在多串电池系统中，状态估计不准和安全预警时间短的情况可能会带来严重后果。为此，许刚提出开发单电芯WBMS技术，利用更精准的曲线预测和提前的安全预警机制，以提高系统的可靠性和安全性。 最后，杜光东强调，WBMS的成功推广不仅依赖于通讯技术的突破，还需要整个产业链的协同发展。芯片制造商、系统集成商等各方的共同努力，将推动WBMS技术的成熟应用。同时，他还特别提到，随着WBMS在储能和电动车领域的应用日益广泛，企业需要重视基础技术的研发和核心专利的布局，以在全球竞争中保持技术优势。

无线BMS面临的挑战及应对策略，来源：与非研究院

无线BMS方案的主要玩家？

无线BMS国外玩家汇总，来源：与非研究院

近年来，全球各大半导体公司纷纷推出无线电池管理系统（WBMS）解决方案，这一技术趋势有望成为未来的主流。无线BMS技术不仅能够提高电池管理的效率，还能延长电池寿命，提升电动汽车等应用的安全性和可靠性。 2019年，ADI公司收购了凌力尔特公司，进军电源管理技术领域，并与通用汽车等整车企业合作，研发了无线BMS系统与平台。该系统能够在电池生产至回收的全周期内检测和分析电池数据，实现动力电池价值的最大化。2021年，ADI推出其首款无线BMS产品，除了应用于物联网设备和蓝牙设备外，还在无线传感器网络、医疗设备、智能家居和汽车领域得到广泛应用。 2021年，德州仪器（TI）宣布推出通过TÜV SÜD功能安全认证的无线BMS解决方案，其核心产品是SimpleLink CC2662R-Q1无线MCU。该MCU基于Arm Cortex-M4架构，符合AEC-Q100标准，集成丰富的模拟外设和射频子系统，并采用2.4GHz频段，支持快速组网。TI的无线BMS方案在实现电池数据和控制命令传输的无线化方面具有重要意义。 2018年，NXP推出了其首款无线BMS芯片MC33771C。NXP看好无线BMS的市场前景，认为该技术能够实现更高的通信可靠性，满足电动汽车和其他应用的需求。 德国半导体公司英飞凌在2020年推出了BGT60LTR11AIP芯片，用于无线电池管理系统。该芯片应用于电动汽车和工业市场。英飞凌还推出了EMO解决方案，支持多种电动汽车应用，包括轻型车和重型车。 近年来，以巨微半导体、盛路物联为代表的国产BMS芯片及方案提供商纷纷开始发力无线BMS市场。

主流无线BMS方案介绍

ADI 无线 BMS 解决方案，来源：ADI

ADI WBMS技术在ADI SmartMesh平台上开发。SmartMesh中最核心的就是时间同步通道跳频技术，TSCH网络（时隙跳频网络）中的每个数据包交换通道都会跳频以避开RF干扰和多路径衰落。另一方面不同设备之间的多次数据传送可以在不同通道上同时发生，增大了网络带宽。在WBMS复杂的射频环境下，SmartMesh可靠度超99.99%。ADI与通用汽车合作，在悍马EV实现WBMS (2022年上市)。

TI 无线 BMS CC2662R-Q1 系统框图，来源：TI

TI WBMS在TI SimpleLink平台上开发。该无线方案中的协议，是TI基于2.4GHz频段中运行的低功耗Bluetooth技术编制的专有WBMS协议，每个中央单元可支持多达32个节点的星型网络配置，有助于提高吞吐量，降低数据延迟，数据速率可以做到1.2Mbps，每个节点的延迟会控制在两个毫秒以下。整个WBMS协议的网络可靠性≥99.999%。TI与宝马合作，在宝马 i3实现WBMS (2024年上市)

CAN总线与盛路物联DDA协议参数指标比较，来源：盛路物联

DDA-BMS在盛路物联DDA技术平台上开发。支持Sub-1GHz（中国470～510MHz，欧盟ETSI868～908MHz，美国FCC915～928MHz）和2.4GHz，多通道、多路径、AI路径判断、时频联合编码保证信道数学正交，保障复杂电磁环境的信道独占和端到端通信时延，在低功耗前提下，快捷数据包单向端对端最小时延2mS，快捷数据包双向端对端最小时延10mS，可靠性≥99.999%。盛路物联与某集团合作，首先实现储能WBMS，计划2024年上市。 2023年，巨微量产了首款单电芯无线BMS芯片——神农系列MS1682。该芯片集成了AFE、MCU、无线通讯和存储模块，支持低功耗蓝牙5.2规范。MS1682在主流商业储能方案商、小型电池包管理、两轮车/E-Bike仪表盘、电力系统智能化设备等领域取得了广泛应用，销量已突破40万颗。

总结随着多重因素的利好，中国BMS（电池管理系统）产业正加速进入发展快车道。在消费电子领域，国内企业已经取得显著突破，产品性能已达到甚至超越欧美大厂的水平。 同时，技术难度更高的车规级BMS技术也在积极推进，填补了该领域长期被欧美企业垄断的空白。其次，中国具备完整的电子产品终端整机及电池产业链，这使得中国在发展自主品牌BMS方面具备较强的竞争力。国内强劲的消费电子和新能源汽车市场需求，进一步推动了全球锂电池产业的发展，国产电池Pack厂商已经在全球市场中占据重要地位。此外，政策的积极扶持加速了国产替代进程。长期以来，我国BMS芯片依赖进口，尤其是车规级AFE、ADC、MCU和隔离芯片。近年来，国家出台了一系列政策支持汽车电子及电池管理相关芯片行业的发展，国产自主芯片产业正逐步崛起，未来有望达到新的高度。 未来，BMS的发展将不再局限于传统技术的延伸，而是更加智能化。以WBMS（无线电池管理系统）为核心，相关的IoT产品开发和芯片设计优化将进一步推动其大规模量产和产业化应用。WBMS不仅是未来智能电池管理系统的核心技术之一，也将在储能系统和电动车领域发挥更为重要的作用。通过端、边、云一体化的架构设计，WBMS系统将提升数据处理能力，借助云端算力辅助前端系统的实时决策，进而提高系统的响应速度和可靠性。随着更多企业加入研发，WBMS技术将在技术水平、应用场景和市场规模等方面实现快速发展，推动整个新能源行业的技术创新。