2702
在2022年3月4日举行的GM Motor EV Day，通用汽车向外界展示了其全新的电气化战略核心：专属的Ultium电池、模块化的驱动系统和全新一代电动车平台，Ultium电池成为了最受关注的焦点。Ultium的英文含义是终极，通用对此信心满满，这套电池系统将成为纯电动汽车电池的终极方案。
图片来源：互联网
这套电池系统最大的亮点就是全球首创的无线电池管理系统wBMS。现有的在PACK里面每一个电池包，每一个电芯到每一个模组，模组之间都是电缆连接起来，目前所有新能源汽车电池包里面的通信都是菊花链方式连接（包括特斯拉），这种连接方式就需要电缆，而为了保证整个通信的可靠性，电缆都是用材质密度比较大的重型铜线。这带来几个缺点：
首先是重量，对于新能源汽车，重量是以公斤计算的，总设计师会给各单位下达减重的目标，1公斤也是很有必要的
- 其次是成本，这些连接线缆和连接器的成本远超一般人的想象，某些超长续航的如特斯拉长续航版，这部分成本逼近200美元。然后是空间，这些空间本来可以放更多电芯的。再有是可靠性，接头是最有可能出现故障的地方。最后是维修，每次维修都需要拆装连线，很麻烦。还有电池的回收，如果能够做到无线BMS，哪怕是电池报废，也能知道电池电量。还有一点是制造效率，复杂有线连接自然增加了电池制造的工时。除通用外，莲花LOTUS也使用了无线BMS。
无线BMS可以让电池制造高度自动化，完全无接触，提高生产效率，也减少故障。
无线BMS有助于电池回收利用
图片来源：互联网
无线BMS可以完美解决这些问题，根据ADI的推测，最高可节约250美元的成本，这相当可观。目前提供无线BMS解决方案的主要有德州仪器和ADI两家，ADI起步较早，通用使用的就是ADI的方案，具体设计、制造由伟世通提供。
图片来源：互联网
伟世通称无线BMS模块为BRFM，第一代产品是24个Cell感知单元，BRFM从Cell感知单元那里获取电池的温度、电流和电压数据，然后通过2.4GHz通信传输到车辆集成控制模块VICM3中。
图片来源：互联网
大致原理图如上图。Cell端是ADRF8800，BMS端是ADRF8850。
图片来源：互联网
无线BMS体积不小，带引脚长约20厘米，本体长14.6厘米，宽大约6.9厘米，总高大约2.8厘米。
有一个20脚的连接器
图片来源：互联网
图片来源：FCC
拆开后实物图如上，正面可见两个硕大的温度传感器，Amphenol的AX-221030，检测范围和精度为-40C and 150C ± 1%，顺便说一句Amphenol的电动车高压连接器排名世界第二。右下角疑似一个氢气传感器，精度为0PPM and 65,000PPM ± 100PPM (5% of accuracy)，电池爆炸发生前会泄露出氢气，氢气浓度会快速上升，就意味着爆炸可能发生。一个压力传感器，精度为50kPa and 150kPa ± 1% (0 – 150C) and ±2% (-40C –0C)。两个核心芯片，一个是ADI的ADRF8850，另一个是电源和看门狗芯片，德州仪器的TPS3850。
ADRF8850内部功能框架
图片来源：互联网
上图是ADRF8850内部功能框架，2400 MHz到2483.5 MHz ISM 波段，输出速率1-2Mbps，采用廉价的48脚LQFP封装。
图片来源：互联网
背板，有些模糊，无法分辨芯片型号。
图片来源：互联网
系统接口简介如上，资料来源FCC网站。
图片来源：互联网
ADI的无线BMS通过了严苛的网络安全认证，即ISO/SAE 21434。该标准是由ISO（国际标准化组织）与SAE International（美国汽车工程师学会）共同制定完成，并于2021年8月31日正式发布。该标准是汽车网络信息安全领域首个国际标准ISO/SAE 21434《Road vehicles—Cybersecurity engineering（道路车辆-信息安全工程）》。从汽车行业的角度来看，该标准就产品开发和整个供应链设计的安全性方面达成了共识。ISO/SAE 21434 针对道路车辆及其部件、接口等提出网络安全风险管理的要求，定义了车辆生命周期包括车辆工程、生产、操作、维护和退役相关等各阶段的要求。通过该标准设计、生产、测试的产品意味着具备了一定网络安全防护能力。
ADI的无线BMS还通过了SAE J3061标准认证，SAE J3061推荐规程《信息物理汽车系统网络安全指南(Cybersecurity Guidebook for Cyber-Physical Vehicle Systems)》就是首部针对汽车网络安全而制定的指导性文件。
德州仪器无线BMS中使用到的元器件是SimpleLink™ CC2662R-Q1和BQ79616-Q1两个新产品，前者为无线MCU，后者则为电池监控器和平衡器，二者相辅相成，是构成无线BMS的最主要的两个元器件。
图片来源：互联网
CC2662R-Q1是一颗基于ARM Cortex-M4的无线MCU片上系统，该产品符合AEC-Q100标准，具有低功耗、扩展的温度范围和增强的安全性。具体参数来说，尺寸为7mm x 7mm，采用具有可湿性侧面(WF)的48引脚QFN封装，在RAM完全保留运行状态下待机电流低至0.94μA，无线链路预放大达到出色的97dBm，器件可在-40℃～105℃范围内工作，拥有AEC 128位和256位加密加速器。BQ79616-Q1作为BMS的电池监控器，符合ISO26262功能安全标准，具备通信、温度和电压测量功能芯片级ASIL D等级。具体参数来说，尺寸为10mm x 10mm，采用64引脚HTQFP封装，可在-40℃～125℃范围内工作，拥有多种独特特性包括：电池电量平衡、集成ADC、多电池支持、断线检测、过热保护、过压保护、单独MCU需求、可堆叠（内置接口）、温度感应、低温保护、低压保护。
德州仪器无线BMS拥有专属的无线协议系统。片上集成射频无线子系统、可在2.4GHz带宽上实现短距离无线通讯，可在主机系统处理器与BQ79616-Q1电池监控器和平衡器之间进行稳定可靠且可扩展的数据交换。拥有业界领先的网络可用性。据介绍，这套无线BMS网络可用性指标数据为99.999%，万一当0.001%的故障发生时，可在300ms最大可用性内重新启动网络；另外还拥有专用时隙可提供高吞吐量和低延迟，从而进一步保护数据免受丢失或损坏；值得一提的是，在这样的无线协议之下，还可使多个电池单元向主MCU发送±2mV精度的电压数据和温度数据，且网络数据包错误率小于10的负七次方。基于BQ79616和CC2662这两个芯片搭建的无线BMS方案上，可以实现最多支持100多个节点，并且每个节点能够达到业界领先的2ms超低延迟，每个节点还可进行时间同步测量。
未来会有更多的车载功能感知模块使用无线方式，下一个就是TPMS。ADI和德州仪器依靠强大的单片2.4GHz通讯方案正在垄断市场。
