芯耀
1981
在2022年3月4日舉行的GM Motor EV Day，通用汽車向外界展示了其全新的電氣化戰(zhàn)略核心：專屬的Ultium電池、模塊化的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和全新一代電動(dòng)車平臺(tái)，Ultium電池成為了最受關(guān)注的焦點(diǎn)。Ultium的英文含義是終極，通用對(duì)此信心滿滿，這套電池系統(tǒng)將成為純電動(dòng)汽車電池的終極方案。
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這套電池系統(tǒng)最大的亮點(diǎn)就是全球首創(chuàng)的無線電池管理系統(tǒng)wBMS?，F(xiàn)有的在PACK里面每一個(gè)電池包，每一個(gè)電芯到每一個(gè)模組，模組之間都是電纜連接起來，目前所有新能源汽車電池包里面的通信都是菊花鏈方式連接（包括特斯拉），這種連接方式就需要電纜，而為了保證整個(gè)通信的可靠性，電纜都是用材質(zhì)密度比較大的重型銅線。這帶來幾個(gè)缺點(diǎn)：
首先是重量，對(duì)于新能源汽車，重量是以公斤計(jì)算的，總設(shè)計(jì)師會(huì)給各單位下達(dá)減重的目標(biāo)，1公斤也是很有必要的
- 其次是成本，這些連接線纜和連接器的成本遠(yuǎn)超一般人的想象，某些超長(zhǎng)續(xù)航的如特斯拉長(zhǎng)續(xù)航版，這部分成本逼近200美元。然后是空間，這些空間本來可以放更多電芯的。再有是可靠性，接頭是最有可能出現(xiàn)故障的地方。最后是維修，每次維修都需要拆裝連線，很麻煩。還有電池的回收，如果能夠做到無線BMS，哪怕是電池報(bào)廢，也能知道電池電量。還有一點(diǎn)是制造效率，復(fù)雜有線連接自然增加了電池制造的工時(shí)。除通用外，蓮花LOTUS也使用了無線BMS。
無線BMS可以讓電池制造高度自動(dòng)化，完全無接觸，提高生產(chǎn)效率，也減少故障。
無線BMS有助于電池回收利用
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無線BMS可以完美解決這些問題，根據(jù)ADI的推測(cè)，最高可節(jié)約250美元的成本，這相當(dāng)可觀。目前提供無線BMS解決方案的主要有德州儀器和ADI兩家，ADI起步較早，通用使用的就是ADI的方案，具體設(shè)計(jì)、制造由偉世通提供。
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偉世通稱無線BMS模塊為BRFM，第一代產(chǎn)品是24個(gè)Cell感知單元，BRFM從Cell感知單元那里獲取電池的溫度、電流和電壓數(shù)據(jù)，然后通過2.4GHz通信傳輸?shù)杰囕v集成控制模塊VICM3中。
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大致原理圖如上圖。Cell端是ADRF8800，BMS端是ADRF8850。
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無線BMS體積不小，帶引腳長(zhǎng)約20厘米，本體長(zhǎng)14.6厘米，寬大約6.9厘米，總高大約2.8厘米。
有一個(gè)20腳的連接器
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圖片來源：FCC
拆開后實(shí)物圖如上，正面可見兩個(gè)碩大的溫度傳感器，Amphenol的AX-221030，檢測(cè)范圍和精度為-40C and 150C ± 1%，順便說一句Amphenol的電動(dòng)車高壓連接器排名世界第二。右下角疑似一個(gè)氫氣傳感器，精度為0PPM and 65,000PPM ± 100PPM (5% of accuracy)，電池爆炸發(fā)生前會(huì)泄露出氫氣，氫氣濃度會(huì)快速上升，就意味著爆炸可能發(fā)生。一個(gè)壓力傳感器，精度為50kPa and 150kPa ± 1% (0 – 150C) and ±2% (-40C –0C)。兩個(gè)核心芯片，一個(gè)是ADI的ADRF8850，另一個(gè)是電源和看門狗芯片，德州儀器的TPS3850。
ADRF8850內(nèi)部功能框架
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上圖是ADRF8850內(nèi)部功能框架，2400 MHz到2483.5 MHz ISM 波段，輸出速率1-2Mbps，采用廉價(jià)的48腳LQFP封裝。
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背板，有些模糊，無法分辨芯片型號(hào)。
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系統(tǒng)接口簡(jiǎn)介如上，資料來源FCC網(wǎng)站。
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ADI的無線BMS通過了嚴(yán)苛的網(wǎng)絡(luò)安全認(rèn)證，即ISO/SAE 21434。該標(biāo)準(zhǔn)是由ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）與SAE International（美國汽車工程師學(xué)會(huì)）共同制定完成，并于2021年8月31日正式發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)是汽車網(wǎng)絡(luò)信息安全領(lǐng)域首個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/SAE 21434《Road vehicles—Cybersecurity engineering（道路車輛-信息安全工程）》。從汽車行業(yè)的角度來看，該標(biāo)準(zhǔn)就產(chǎn)品開發(fā)和整個(gè)供應(yīng)鏈設(shè)計(jì)的安全性方面達(dá)成了共識(shí)。ISO/SAE 21434 針對(duì)道路車輛及其部件、接口等提出網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)管理的要求，定義了車輛生命周期包括車輛工程、生產(chǎn)、操作、維護(hù)和退役相關(guān)等各階段的要求。通過該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試的產(chǎn)品意味著具備了一定網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力。
ADI的無線BMS還通過了SAE J3061標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，SAE J3061推薦規(guī)程《信息物理汽車系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全指南(Cybersecurity Guidebook for Cyber-Physical Vehicle Systems)》就是首部針對(duì)汽車網(wǎng)絡(luò)安全而制定的指導(dǎo)性文件。
德州儀器無線BMS中使用到的元器件是SimpleLink™ CC2662R-Q1和BQ79616-Q1兩個(gè)新產(chǎn)品，前者為無線MCU，后者則為電池監(jiān)控器和平衡器，二者相輔相成，是構(gòu)成無線BMS的最主要的兩個(gè)元器件。
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CC2662R-Q1是一顆基于ARM Cortex-M4的無線MCU片上系統(tǒng)，該產(chǎn)品符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，具有低功耗、擴(kuò)展的溫度范圍和增強(qiáng)的安全性。具體參數(shù)來說，尺寸為7mm x 7mm，采用具有可濕性側(cè)面(WF)的48引腳QFN封裝，在RAM完全保留運(yùn)行狀態(tài)下待機(jī)電流低至0.94μA，無線鏈路預(yù)放大達(dá)到出色的97dBm，器件可在-40℃～105℃范圍內(nèi)工作，擁有AEC 128位和256位加密加速器。BQ79616-Q1作為BMS的電池監(jiān)控器，符合ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)，具備通信、溫度和電壓測(cè)量功能芯片級(jí)ASIL D等級(jí)。具體參數(shù)來說，尺寸為10mm x 10mm，采用64引腳HTQFP封裝，可在-40℃～125℃范圍內(nèi)工作，擁有多種獨(dú)特特性包括：電池電量平衡、集成ADC、多電池支持、斷線檢測(cè)、過熱保護(hù)、過壓保護(hù)、單獨(dú)MCU需求、可堆疊（內(nèi)置接口）、溫度感應(yīng)、低溫保護(hù)、低壓保護(hù)。
德州儀器無線BMS擁有專屬的無線協(xié)議系統(tǒng)。片上集成射頻無線子系統(tǒng)、可在2.4GHz帶寬上實(shí)現(xiàn)短距離無線通訊，可在主機(jī)系統(tǒng)處理器與BQ79616-Q1電池監(jiān)控器和平衡器之間進(jìn)行穩(wěn)定可靠且可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)交換。擁有業(yè)界領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)可用性。據(jù)介紹，這套無線BMS網(wǎng)絡(luò)可用性指標(biāo)數(shù)據(jù)為99.999%，萬一當(dāng)0.001%的故障發(fā)生時(shí)，可在300ms最大可用性內(nèi)重新啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；另外還擁有專用時(shí)隙可提供高吞吐量和低延遲，從而進(jìn)一步保護(hù)數(shù)據(jù)免受丟失或損壞；值得一提的是，在這樣的無線協(xié)議之下，還可使多個(gè)電池單元向主MCU發(fā)送±2mV精度的電壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，且網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率小于10的負(fù)七次方?；贐Q79616和CC2662這兩個(gè)芯片搭建的無線BMS方案上，可以實(shí)現(xiàn)最多支持100多個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠達(dá)到業(yè)界領(lǐng)先的2ms超低延遲，每個(gè)節(jié)點(diǎn)還可進(jìn)行時(shí)間同步測(cè)量。
未來會(huì)有更多的車載功能感知模塊使用無線方式，下一個(gè)就是TPMS。ADI和德州儀器依靠強(qiáng)大的單片2.4GHz通訊方案正在壟斷市場(chǎng)。
