ADI的電動(dòng)汽車(chē)BMS和智能座艙汽車(chē)音頻總線(xiàn)解決方案

1   電動(dòng)汽車(chē)BMS

車(chē)用動(dòng)力電池安全性是一個(gè)很復雜的課題，通過(guò)BMS實(shí)時(shí)監測并分析電池運行的溫度、電壓和電流等關(guān)鍵數據的變化，進(jìn)行提前預警已經(jīng)是提高電池安全的主要解決方案之一，獲得業(yè)界共識。

此外，精確監控電流和電壓分布至關(guān)重要，精度越高，就越能更好地了解電池單元的狀態(tài)，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(zhì)量直接影響 EV 每次充電所能行駛的里程數，電池過(guò)度充電可能會(huì )引起火災或爆炸，而充電不足（或完全放電）則會(huì )導致電池失效?？紤]到電池組占汽車(chē)總成本近40%，BMS 性能的價(jià)值是顯而易見(jiàn)的，且隨著(zhù)汽車(chē)設計師考慮保修和電池組的生命周期成本，這一點(diǎn)也就更加明顯。

ADI BMS產(chǎn)品最大的強項就在于鋰電池的電池管理精度，未來(lái)的BMS產(chǎn)品將全面支持電池熱失控預警的中國國家標準。無(wú)論面對什么環(huán)境，這些極高精度的產(chǎn)品都能把精度控制在非常小的波動(dòng)范圍內，且可以保持十年不變。這就能讓車(chē)廠(chǎng)以及電池供應商能夠大膽使用它的電池容量，而不會(huì )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(chē)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(gè)串聯(lián)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(xué)應用?？稍?04 μs內測量所有12個(gè)電池單元，并選擇較低的數據采集速率以便降噪。為同時(shí)監測很長(cháng)的高壓電池串，可將多個(gè)ADBMS6815器件串聯(lián)。每個(gè)ADBMS6815都有一個(gè)isoSPI?接口，用于進(jìn)行不受RF干擾的遠距離高速通信。多個(gè)器件以菊花鏈形式連接，并為所有器件連接一個(gè)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(chǎn)品架構在往2個(gè)方向發(fā)展，①BMS有線(xiàn)通信架構，即BMS每個(gè)電芯模組上有一個(gè)采樣板，采樣板之間是通過(guò)隔離的雙絞線(xiàn)連接，組成一個(gè)環(huán)形的有線(xiàn)拓撲。②未來(lái)的發(fā)展方向是無(wú)線(xiàn)BMS，每個(gè)模塊之間不再有傳輸的通信線(xiàn)。不管采用哪種通信技術(shù)，BMS系統對于信號傳輸的實(shí)時(shí)性、可靠性的要求是一致的。

無(wú)線(xiàn)BMS的優(yōu)勢正在獲得越來(lái)越多的生態(tài)廠(chǎng)商的關(guān)注和認可。無(wú)線(xiàn)BMS使得電池從生產(chǎn)階段到退役回收的全生命周期健康管理得以實(shí)現。在電池的使用過(guò)程中，基于A(yíng)DI的無(wú)線(xiàn)BMS方案，電池就有了可供追溯的身份證，會(huì )知道任何時(shí)候電池的使用狀況，并基于這些數據計算出它的監控狀態(tài)，這樣就可以評估它的殘值，未來(lái)可以進(jìn)行更好的梯次利用，比如變成一個(gè)大樓的備用電源或者數據中心的備用電源，這也是一個(gè)未來(lái)發(fā)展的方向。

針對無(wú)線(xiàn)BMS技術(shù)，ADI已經(jīng)與包括中國車(chē)企在內的全球多家車(chē)廠(chǎng)做驗證測試，不僅可以提供芯片方案，也會(huì )提供相應配套軟件去支持客戶(hù)形成系統可用的量產(chǎn)方案，以此幫助客戶(hù)快速的走向市場(chǎng)。ADI無(wú)線(xiàn)BMS在通用汽車(chē)搭載Ultium電池平臺的量產(chǎn)車(chē)輛中首先獲得應用。

在2020年初，ADI與中國電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì )共同發(fā)起成立“電池全生命周期聯(lián)合創(chuàng )新中心”，該創(chuàng )新中心聯(lián)合電池制造商、整車(chē)廠(chǎng)、充換電基礎設施提供商、電池梯次利用廠(chǎng)商等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，共同實(shí)現對電動(dòng)汽車(chē)電池的關(guān)鍵特性持續監測，實(shí)現更精準、安全的電池生命周期管理，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)協(xié)同提供重要數據支撐。

這種基于云平臺的電芯級別全程無(wú)線(xiàn)監控，借助無(wú)線(xiàn)電池管理系統的優(yōu)勢不僅在汽車(chē)制造上實(shí)現降低成本，更加靈活的電池布局讓電動(dòng)車(chē)工業(yè)設計更加靈活，同時(shí)能夠在電池生產(chǎn)、倉儲、運輸整個(gè)流程中全程實(shí)現數據實(shí)時(shí)采集和基于云平臺的監測分析。這些信息可以實(shí)時(shí)傳遞到云端，汽車(chē)廠(chǎng)商可以通過(guò)這些數據延長(cháng)電池以及整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)的生命周期；產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴可以利用這些數據評估電池的健康狀態(tài)以及殘值，促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)二手車(chē)市場(chǎng)的健康可持續發(fā)展，讓消費者愿意去購買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)；甚至在電池不能繼續服役于電動(dòng)汽車(chē)時(shí)，仍然能根據實(shí)際存在的準確容量評估有效的服役于儲能等梯次利用場(chǎng)景中。

陳晟（ADI中國汽車(chē)電子事業(yè)部 資深戰略與業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理）

2   智能座艙汽車(chē)音頻總線(xiàn)

在汽車(chē)座艙電子市場(chǎng)，隨著(zhù)汽車(chē)制造商努力實(shí)現車(chē)輛差異化以區別于競爭對手，一個(gè)越來(lái)越明顯的趨勢是音頻、語(yǔ)音和聲學(xué)相關(guān)應用正在迅速擴張。車(chē)用音頻正從過(guò)去單純的娛樂(lè )系統，向信號輸入、觸發(fā)、處理與反饋的方向發(fā)展，并開(kāi)始與汽車(chē)駕駛緊密結合，其對駕駛體驗和個(gè)人與車(chē)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(chē)上的音頻設備將越來(lái)越多，音頻質(zhì)量將越來(lái)越好。而幾乎所有新興應用都需要多個(gè)聲學(xué)傳感器（如麥克風(fēng)或麥克風(fēng)陣列）來(lái)實(shí)現最佳系統級性能，因此需要一種簡(jiǎn)單但經(jīng)濟高效的互連技術(shù)來(lái)確保系統總成本最小化。長(cháng)久以來(lái)，缺乏麥克風(fēng)優(yōu)化的互連技術(shù)一直是汽車(chē)制造商的一大痛點(diǎn)，每個(gè)麥克風(fēng)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(shí)際的布線(xiàn)，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(chǎng)。要協(xié)調所有這些音頻設備，并傳輸高質(zhì)量的音頻信號，連接技術(shù)的最新進(jìn)展有望推動(dòng)變革性應用在新世代車(chē)輛信息娛樂(lè )系統中迅速得到采用，車(chē)用音頻總線(xiàn)變得不可或缺。

ADI A2B（汽車(chē)音頻總線(xiàn)）技術(shù)便是專(zhuān)門(mén)用來(lái)簡(jiǎn)化新興汽車(chē)麥克風(fēng)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(xiàn)重量減少75%，從而提高燃油效率。另外，A2B收發(fā)器在一條非屏蔽雙絞線(xiàn)上傳輸音頻、I2C控制、低速GPIO、時(shí)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(xiàn)更簡(jiǎn)單，其實(shí)還有更多的創(chuàng )新應用，比如更適應高級音頻算法。因為音頻節點(diǎn)有固定的延遲，可憑借DSP算法確保車(chē)內不同位置的音區獨立性，以及實(shí)現回聲消除、配合麥克風(fēng)和功放進(jìn)行ANC主動(dòng)降噪、配合支持A2B接口的加速度傳感器進(jìn)行RNC路噪消除等功能。

系統級診斷也是A2B的一大亮點(diǎn)。所有A2B節點(diǎn)都能夠識別多種故障狀況，其中包括斷路、線(xiàn)束反接或線(xiàn)束短路至電源或地等。在出現斷路、線(xiàn)束短路或線(xiàn)束反接等故障時(shí)，故障上游的A2B節點(diǎn)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(shí)現角度看，A2B是單個(gè)主器件、多個(gè)子節點(diǎn)（最多10個(gè)）的串行拓撲結構。目前全面量產(chǎn)的第三代A2B收發(fā)器系列有五個(gè)成員，全部都提供汽車(chē)、工業(yè)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(fā)器系列。

AD242x 系列支持通過(guò)菊花鏈將單個(gè)主器件和最多10個(gè)子節點(diǎn)連接起來(lái)，總線(xiàn)總距離可達40米，各節點(diǎn)之間距離最長(cháng)可達15米。相比于現有環(huán)形/并行拓撲結構，A2B的菊花鏈拓撲結構是一個(gè)重要優(yōu)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(gè)連接受到影響，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )不會(huì )崩潰。只有故障連接下游的節點(diǎn)會(huì )受影響。A2B的嵌入式診斷可以確定故障的起因，發(fā)出中斷信號，并啟動(dòng)糾正措施。

與現有數字總線(xiàn)架構相比，A2B拓撲結構更為高效。啟動(dòng)簡(jiǎn)單的總線(xiàn)初始化流程之后，無(wú)需更多處理器干預，總線(xiàn)即可正常運行。A2B的獨特架構帶來(lái)的一個(gè)附加優(yōu)點(diǎn)是，系統延遲是完全確定的（小于50 μs），并且延遲與音頻節點(diǎn)在A(yíng)2B總線(xiàn)上的位置無(wú)關(guān)。所有A2B收發(fā)器都能在一條非屏蔽雙絞線(xiàn)上傳輸音頻、控制、時(shí)鐘和供電信號。這可降低系統總成本。A2B技術(shù)提供的總計50 Mbps總線(xiàn)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(gè)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(zhì)量的音頻品質(zhì)，不會(huì )因ADC/DAC轉換造成音頻性能下降。

最近宣布的第4代A²B收發(fā)器AD243x是在現有技術(shù)基礎上的發(fā)展，提高了關(guān)鍵功能參數（節點(diǎn)數增加到17，總線(xiàn)供電功率增加到50 W），同時(shí)添加了額外的SPI控制通道(10 Mbps)，為智能A2B節點(diǎn)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(fēng)架構中裝有LED的麥克風(fēng)節點(diǎn)。

實(shí)際上，A²B技術(shù)的商業(yè)化已經(jīng)使得汽車(chē)市場(chǎng)的許多應用成為可能，其中既有新應用，也有以前難以實(shí)現的應用。例如，汽車(chē)音頻解決方案的領(lǐng)先提供商Harman International開(kāi)發(fā)了一系列數字麥克風(fēng)和傳感器模塊，其利用A2B系統來(lái)賦能各種汽車(chē)應用；中國汽車(chē)制造商比亞迪同樣宣布采用ADI公司的A2B技術(shù)及SHARC數字信號處理器(DSP)，打造能效更高、更節能環(huán)保的汽車(chē)平臺，提升駕乘人員的沉浸式車(chē)載音頻信息娛樂(lè )體驗; 現代汽車(chē)公司計劃推出汽車(chē)行業(yè)采用A2B技術(shù)的全數字路噪降噪系統，并計劃在其汽車(chē)產(chǎn)品的基礎音頻連接和信息娛樂(lè )系統中更廣泛地采用A2B技術(shù)等……目前，A2B音頻總線(xiàn)已成功與全球 90% 的汽車(chē)制造商合作實(shí)現了創(chuàng )新的汽車(chē)信息娛樂(lè )體驗。