ADI的電動汽車BMS和智能座艙汽車音頻總線解決方案

汽車電子   作者:陳晟(ADI中國汽車電子事業部 資深戰略與業務發展經理) 時間:2021-07-29來源:電子產品世界

 

1   電動汽車BMS

車用動力電池安全性是一個很復雜的課題,通過BMS實時監測并分析電池運行的溫度、電壓和電流等關鍵數據的變化,進行提前預警已經是提高電池安全的主要解決方案之一,獲得業界共識。

此外,精確監控電流和電壓分布至關重要,精度越高,就越能更好地了解電池單元的狀態,從中獲取的容量就越多,電池組的運行也就越可靠。電池管理系統的質量直接影響 EV 每次充電所能行駛的里程數,電池過度充電可能會引起火災或爆炸,而充電不足(或完全放電)則會導致電池失效??紤]到電池組占汽車總成本近40%,BMS 性能的價值是顯而易見的,且隨著汽車設計師考慮保修和電池組的生命周期成本,這一點也就更加明顯。

ADI BMS產品最大的強項就在于鋰電池的電池管理精度,未來的BMS產品將全面支持電池熱失控預警的中國國家標準。無論面對什么環境,這些極高精度的產品都能把精度控制在非常小的波動范圍內,且可以保持十年不變。這就能讓車廠以及電池供應商能夠大膽使用它的電池容量,而不會因為精度不夠而限制性能,從而達到同樣電池、同樣容量條件下提高整車續航里程的目的。

例如ADBMS6815是一款多單元電池堆監控器,可測量多達12個串聯電池單元,總測量誤差(TME)小于1.5 mV。ADBMS6815具有(0~5)V的電池測量范圍,適合大多數電池化學應用??稍?04 μs內測量所有12個電池單元,并選擇較低的數據采集速率以便降噪。為同時監測很長的高壓電池串,可將多個ADBMS6815器件串聯。每個ADBMS6815都有一個isoSPI?接口,用于進行不受RF干擾的遠距離高速通信。多個器件以菊花鏈形式連接,并為所有器件連接一個主機處理器。該菊花鏈可雙向操作,即使通信路徑出錯,也能確保通信完整性。

BMS的產品架構在往2個方向發展,①BMS有線通信架構,即BMS每個電芯模組上有一個采樣板,采樣板之間是通過隔離的雙絞線連接,組成一個環形的有線拓撲。②未來的發展方向是無線BMS,每個模塊之間不再有傳輸的通信線。不管采用哪種通信技術,BMS系統對于信號傳輸的實時性、可靠性的要求是一致的。

無線BMS的優勢正在獲得越來越多的生態廠商的關注和認可。無線BMS使得電池從生產階段到退役回收的全生命周期健康管理得以實現。在電池的使用過程中,基于ADI的無線BMS方案,電池就有了可供追溯的身份證,會知道任何時候電池的使用狀況,并基于這些數據計算出它的監控狀態,這樣就可以評估它的殘值,未來可以進行更好的梯次利用,比如變成一個大樓的備用電源或者數據中心的備用電源,這也是一個未來發展的方向。

針對無線BMS技術,ADI已經與包括中國車企在內的全球多家車廠做驗證測試,不僅可以提供芯片方案,也會提供相應配套軟件去支持客戶形成系統可用的量產方案,以此幫助客戶快速的走向市場。ADI無線BMS在通用汽車搭載Ultium電池平臺的量產車輛中首先獲得應用。

在2020年初,ADI與中國電動汽車百人會共同發起成立“電池全生命周期聯合創新中心”,該創新中心聯合電池制造商、整車廠、充換電基礎設施提供商、電池梯次利用廠商等產業鏈上下游企業,共同實現對電動汽車電池的關鍵特性持續監測,實現更精準、安全的電池生命周期管理,為相關產業鏈企業協同提供重要數據支撐。

這種基于云平臺的電芯級別全程無線監控,借助無線電池管理系統的優勢不僅在汽車制造上實現降低成本,更加靈活的電池布局讓電動車工業設計更加靈活,同時能夠在電池生產、倉儲、運輸整個流程中全程實現數據實時采集和基于云平臺的監測分析。這些信息可以實時傳遞到云端,汽車廠商可以通過這些數據延長電池以及整個電動汽車的生命周期;產業鏈合作伙伴可以利用這些數據評估電池的健康狀態以及殘值,促進電動汽車二手車市場的健康可持續發展,讓消費者愿意去購買電動汽車;甚至在電池不能繼續服役于電動汽車時,仍然能根據實際存在的準確容量評估有效的服役于儲能等梯次利用場景中。

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陳晟(ADI中國汽車電子事業部 資深戰略與業務發展經理)

2   智能座艙汽車音頻總線

在汽車座艙電子市場,隨著汽車制造商努力實現車輛差異化以區別于競爭對手,一個越來越明顯的趨勢是音頻、語音和聲學相關應用正在迅速擴張。車用音頻正從過去單純的娛樂系統,向信號輸入、觸發、處理與反饋的方向發展,并開始與汽車駕駛緊密結合,其對駕駛體驗和個人與車輛交互水平的期望也在大幅提高。

不管如何,有一種趨勢是確定的,那就是汽車上的音頻設備將越來越多,音頻質量將越來越好。而幾乎所有新興應用都需要多個聲學傳感器(如麥克風或麥克風陣列)來實現最佳系統級性能,因此需要一種簡單但經濟高效的互連技術來確保系統總成本最小化。長久以來,缺乏麥克風優化的互連技術一直是汽車制造商的一大痛點,每個麥克風都需要使用昂貴笨重的屏蔽模擬電纜直連到處理單元。這些增加的成本(主要是實際的布線,其次是重量增加和燃油效率降低方面),在許多情況下阻礙了這些應用的廣泛采用,或者至少是將其限制在高端市場。要協調所有這些音頻設備,并傳輸高質量的音頻信號,連接技術的最新進展有望推動變革性應用在新世代車輛信息娛樂系統中迅速得到采用,車用音頻總線變得不可或缺。

ADI A2B(汽車音頻總線)技術便是專門用來簡化新興汽車麥克風和傳感器密集型應用的連接挑戰,它可提供高保真音頻,并使音頻布線重量減少75%,從而提高燃油效率。另外,A2B收發器在一條非屏蔽雙絞線上傳輸音頻、I2C控制、低速GPIO、時鐘信號以及幻象供電,這也可以降低系統總BOM成本。

A2B除了讓布線更簡單,其實還有更多的創新應用,比如更適應高級音頻算法。因為音頻節點有固定的延遲,可憑借DSP算法確保車內不同位置的音區獨立性,以及實現回聲消除、配合麥克風和功放進行ANC主動降噪、配合支持A2B接口的加速度傳感器進行RNC路噪消除等功能。

系統級診斷也是A2B的一大亮點。所有A2B節點都能夠識別多種故障狀況,其中包括斷路、線束反接或線束短路至電源或地等。在出現斷路、線束短路或線束反接等故障時,故障上游的A2B節點仍然能夠正常工作,從而保證系統完整性。診斷功能還提供高效隔離系統級故障的能力,有助于后續維修。

從實現角度看,A2B是單個主器件、多個子節點(最多10個)的串行拓撲結構。目前全面量產的第三代A2B收發器系列有五個成員,全部都提供汽車、工業和消費電子溫度范圍。全功能AD2428W與四款功能減少、成本更低的衍生器件—AD2429W、AD2427W、AD2426W和AD2420W——構成ADI公司最新的引腳兼容增強型A2B收發器系列。

AD242x 系列支持通過菊花鏈將單個主器件和最多10個子節點連接起來,總線總距離可達40米,各節點之間距離最長可達15米。相比于現有環形/并行拓撲結構,A2B的菊花鏈拓撲結構是一個重要優勢,對整體系統的完整性和魯棒性很有利。如果A2B菊花鏈的一個連接受到影響,整個網絡不會崩潰。只有故障連接下游的節點會受影響。A2B的嵌入式診斷可以確定故障的起因,發出中斷信號,并啟動糾正措施。

與現有數字總線架構相比,A2B拓撲結構更為高效。啟動簡單的總線初始化流程之后,無需更多處理器干預,總線即可正常運行。A2B的獨特架構帶來的一個附加優點是,系統延遲是完全確定的(小于50 μs),并且延遲與音頻節點在A2B總線上的位置無關。所有A2B收發器都能在一條非屏蔽雙絞線上傳輸音頻、控制、時鐘和供電信號。這可降低系統總成本。A2B技術提供的總計50 Mbps總線帶寬最多可支持使用標準音頻采樣速率(44.1 kHz、48 kHz等)和位寬(16、24位)的至多51個上行和下行音頻通道。這可為廣泛的音頻I/O設備提供相當大的靈活性和連接能力。在音頻ECU之間維持全數字音頻信號鏈可保證最高質量的音頻品質,不會因ADC/DAC轉換造成音頻性能下降。

最近宣布的第4代A2B收發器AD243x是在現有技術基礎上的發展,提高了關鍵功能參數(節點數增加到17,總線供電功率增加到50 W),同時添加了額外的SPI控制通道(10 Mbps),為智能A2B節點的遠程編程提供了高效的軟件空中更新(SOTA)能力。AD243x系列的新特性使其非常適合于新應用,如超高級麥克風架構中裝有LED的麥克風節點。

實際上,A2B技術的商業化已經使得汽車市場的許多應用成為可能,其中既有新應用,也有以前難以實現的應用。例如,汽車音頻解決方案的領先提供商Harman International開發了一系列數字麥克風和傳感器模塊,其利用A2B系統來賦能各種汽車應用;中國汽車制造商比亞迪同樣宣布采用ADI公司的A2B技術及SHARC數字信號處理器(DSP),打造能效更高、更節能環保的汽車平臺,提升駕乘人員的沉浸式車載音頻信息娛樂體驗; 現代汽車公司計劃推出汽車行業采用A2B技術的全數字路噪降噪系統,并計劃在其汽車產品的基礎音頻連接和信息娛樂系統中更廣泛地采用A2B技術等……目前,A2B音頻總線已成功與全球 90% 的汽車制造商合作實現了創新的汽車信息娛樂體驗。

關鍵詞: 202108 智能座艙 BMS

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