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Batteriemanagement per Funk

Funkprotokoll ermöglicht ASIL-D

08. Januar 2021, 10:37 Uhr   |  WEKA FACHMEDIEN, Newsdesk

Funkprotokoll ermöglicht ASIL-D
© Texas Instruments

Große Akkusätze in Automobilen per Funk überwachen und steuern.

Für den Einsatz in Elektrofahrzeugen hat TI ein Funkprotokoll entwickelt, um die Zellen in einem Akku per Funk steuern und überwachen zu können. Das Funknetzwerk für das Batteriemanagement kann Kommunikationsfehler detektieren und erfüllt die Anforderungen für eine Zertifizierung nach ASIL-D.

Das von Texas Instruments entwickelte Funk-Batteriemanagementsystem (BMS) wartet mit einem unabhängig bewerteten Konzept für die funktionale Sicherheit auf. Durch ein fortschrittliches Funk-Protokoll mit hoher Netzwerkverfügbarkeit können Automobilhersteller die Komplexität ihrer Akkusätze verringern und gleichzeitig die Zuverlässigkeit steigern sowie die Fahrzeugmasse reduzieren – oder Akkus mit größerer Kapazität bauen, um die Reichweite zu vergrößern.

Wireless-BMS-Testaufbau von TI
© Texas Instruments

In einemTestaufbau hat TI acht Wireless-BMS-Entwicklungskits CC2662RQ1-EVM-WBMS zur Überwachung von Akkuzellen eingesetzt, die mit einem Host-Mikropozessor per Funk

Das Funknetzwerk erlaubt eine schnelle Anpassung und unterstützt so das Skalieren von Akkusätzen für verschiedene Fahrzeugmodelle, damit Automobilhersteller mit dem Wireless-BMS von Texas Instruments schneller in die Produktion gehen können. Es beinhaltet ein Evaluierungsmodul für den SimpleLink Wireless-Mikrocontroller CC2662R-Q1 mit 2,4-GHz-Transceiver, Software und Ressourcen für die funktionale Sicherheit 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.

Konformität zu ASIL-D für die Norm ISO 26262

Um den Automobilherstellern Entwicklungszeit zu ersparen, forderte Texas Instruments beim TÜV SÜD eine unabhängige Evaluierung der Leistungsfähigkeit der quantitativen und qualitativen Fehlererkennung im Konzept der funktionalen Sicherheit des funkbasierten Batteriemanagementsystems 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 neuen, eigens für Wireless-BMS-Anwendungen entwickelten Funkprotokoll zielt das Konzept der funktionalen Sicherheit von TI speziell auf die Detektierung von Kommunikationsfehlern sowie auf Sicherheitsaspekte ab. Das proprietäre Funkprotokoll ermöglicht einen robusten und skalierbaren Datenaustausch zwischen einem Systemprozessor (Host) und dem ebenfalls neu angekündigten Batterie-Monitor und -Balancer-IC BQ79616-Q1.

Schneller Netzwerkstart und hohe Verfügbarkeit

Mit der Netzwerkverfügbarkeit von mehr als 99,999 % und einer Netzwerk-Restartzeit von maximal 300 ms liegt das BMS-Funkprotokoll auf dem Niveau leitungsgebundener Verbindungen. Um die Daten vor Verlust oder Verfälschung zu schützten, arbeitet der Wireless-Mikrocontroller CC2662R-Q1 mit spezielle Zeitschlitzen, die einen hohen Durchsatz und geringe Latenz ermöglichen. So können mehrere Akkuzellen ihre Spannungs- und Temperaturmesswerte mit einer Genauigkeit von ±2 mV und einer Netzwerk-Paketfehlerrate von unter 10-7 an den Systemprozessor (Host) übermitteln.

Potenziellen Bedrohungen können Automobilhersteller mit den Sicherheits-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.

Skalierbar für große und kleine Akkusätze

Mit Blick auf die langfristigen Anforderungen der Automobilhersteller zeichnet sich das Wireless-BMS von TI durch seine Skalierbarkeit aus. Das deterministische Funkprotokoll bietet mit 1,2 Mbit/s einen sehr hohen Durchsatz und ermöglicht es Automobilherstellern ein Batteriemodul zu realisieren, in dem ein einziges Wireless-System-on-Chip mit mehreren Batteriemonitor-ICs des Typs BQ79616-Q1 verbunden ist. So sind verschiedene Konfigurationen, z.B. mit 32, 48 oder 60 Zellen realisierbar. Das funkbasierte Batteriemanagementsystem ist dank seiner geringsten Latenz von unter 2 ms pro Knoten und der zeitsynchronisierten Messungen über sämtliche Knoten hinweg für bis zu 100 Knoten ausgelegt. Durch die Kommunikation per Funk mit dem Wireless-Mikrocontroller CC2662R-Q1 werden die Kommunikationspfade der einzelnen Module zur Überwachung der Akkuzellen voneinander isoliert, sodass auf isolierende Koppler zur Datenübertragung verzichtet werden kann – wodurch Kosten eingespart werden können. Der Batterie-Monitor und -Balancer-IC 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 ermöglicht.

Wireless BMS Entwicklungskit CC2662RQ1-EVM-WBMS von TI
© Texas Instruments

Das Wireless-BMS-Entwicklungskit CC2662RQ1-EVM-WBMS von TI ist mit dem Wireless-Mikrocontroller CC2662R-Q1 und dem Monitor-IC BQ79616-Q1 zur Überwachung der Akkuzellen bestückt. Es kann als Steuereinheit (Primärknoten) oder als Sensoreinheit (Sekundärknoten) konfiguriert werden.

»Funkbasierte Batteriemanagementsysteme 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.

Als Starthilfe können Automobilhersteller das SimpleLink Wireless BMS Evaluation Module CC2662RQ1-EVM-WBMS erwerben und das SimpleLink Wireless BMS Software Development Kit (SDK) kostenfrei von der TI-Website abrufen.

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