UWB上车新花样，无线BMS也能用它？

无线BMS将极大简化电池的全生命周期管理过程，来源ADI无线BMS拓扑结果，来源ADITI实测结果

超宽带（UWB）技术在汽车行业中的创新屡见不鲜，从汽车钥匙到活体检测，都可以采用这种全新的传输方式。今天，我们看一个更加创新的应用——恩智浦（NXP）日前推出了利用UWB技术实现的无线电池管理系统 (BMS)。

除了恩智浦，此前包括ADI及TI等BMS大厂，都将目光瞄向了无线BMS，那么为什么会这样？

恩智浦的无线BMS包括什么

电池组内的无线通信可将电池单元信息（例如电压和温度测量值）从一个模块可靠地传输到电池管理单元，而无需接线。它有助于确保最佳性能并防止导致过早故障或安全隐患的情况。

NXP 的 UWB 无线 BMS 技术将机械和电气开发分离，为电动汽车制造商提供更高的灵活性、更快的产品上市时间和更低的开发成本，同时保持系统在不同平台上的完全可扩展性。

NXP 电池管理系统总经理兼副总裁Naomi Smit解释道：“我们的无线电池管理系统解决方案是业界首个采用 UWB 技术的解决方案，为电动汽车制造商提供最先进的技术，为未来的电动汽车提供动力。Trimension UWB 在 BMS 内提供简单、安全且强大的无线通信，性能优于现有的窄带解决方案。我们很自豪能与客户合作，将无线承诺变为现实。”

在电池组的反射外壳内实现无线技术具有挑战性。UWB 使用高带宽脉冲，而不是调制载波频率（正弦信号），如 2.4 GHz 窄带，例如基于BLE的技术。这提供了更高的抗反射和频率选择性衰落能力，从而实现更稳健、更可靠的数据传输。

NXP 的超宽带无线电池管理系统解决方案可供 OEM 于 2025 年第二季度开始评估和开发。

该解决方案是恩智浦 FlexCom 芯片组的一部分，支持有线和无线技术，为 OEM 和一级供应商在车辆架构和技术选择方面提供更大的灵活性。其适用于两种 BMS 配置的通用软件架构和安全库使他们能够在不同平台上重复使用软件，从而进一步减少开发工作量。

NXP FlexCom BMS 芯片组还包括NXP 最近发布的 MC33777 电池接线盒 (BJB) IC，可为高压系统提供精确的电压、底盘隔离和电流测量。BJB 是 NXP 完整的交钥匙电池管理系统产品的一部分，可与有线和无线电池管理解决方案以及 NXP 的软件和应用程序一起使用，无需制造商招募其他合作伙伴。

为什么需要无线BMS

传统的电池管理系统（BMS）通常采用有线连接方式来监测和管理电池的状态。这种连接方式涉及多个组件，包括电池单元、电池监测单元（BMU）、电池管理单元（BMU）和中央控制单元。传统BMS的有线连接方式虽然成熟可靠，但也存在一些局限性，如布线复杂、维护困难、成本较高和设计灵活性较低。随着无线通信技术的发展，无线BMS逐渐成为一种有吸引力的替代方案，它通过无线通信替代了传统的有线连接，提高了系统的灵活性和可靠性。

无线BMS具有如下优势：

减轻重量：无线BMS减少了传统线束的机械挑战、故障点和成本。

提高能量密度：由于省去了电池单元之间的连接器和线缆，可以增加能量密度，有助于实现更长的续航里程。

设计灵活性：无线BMS提供了更大的设计灵活性，使OEM能够利用机器人制造能力来扩大电动汽车生产规模。

简化组装：无线解决方案减少了电池包中复杂线束的使用，并减少了生产过程中容易出错的手动劳动，从而提高了电动汽车组装的效率。

提高电池的安全性、可靠性和可维护性：无线BMS通过减少线束和连接器，降低了故障风险，提高了电池系统的整体可靠性。

支持ASIL-D级别的功能安全：无线BMS支持ASIL-D级别的功能安全。

网络可用性：无线BMS解决方案可以提供业界出色的网络可用性(超过99.999%)。

降低成本：无线BMS减少了设计的复杂性和成本，例如，每生产50,000辆车将节省500km导线和25000kg的连接器和变压器。

易于维护和升级：无线BMS方便快速拆卸电池包进行维修，并有助于无缝过渡到电池梯次利用阶段。

支持无线软件更新：无线BMS支持无线软件更新，这有助于提高电池性能和延长电池寿命。

UWB的优势

根据介绍，恩智浦的UWB相比于过去的无线BMS具有多重优势，最重要原因是电池组中的 射频环境情况非常特殊，与大多数无线系统针对露天通信进行了优化，有很大不同。

模块化电池组由多个电池模块组成，封装在金属外壳中。金属外壳会产生许多反射，信号会在一段时间内反弹，从而产生丰富的多径环境。这种频率选择性衰落，在很大程度上取决于天线的位置以及模块之间的开口及通道位置。此外，来自同一频段运行的其他不可预测干扰也可能影响电池组中的传输。这两个因素严重影响窄带系统，意味着需要复杂且自适应的信道选择算法。由于每个天线可能需要不同的频率才能在窄带系统中实现最佳通信，这也限制了广播类型的通信。

而对于 UWB 类型的脉冲信号而言，由于能量是在宽带宽上发出，因此频带中的窄频缺口几乎不会影响信号质量。这确保了电池组内所有收发链路的可靠通信，从而实现广播消息。由于其在电池组环境中的稳健性，UWB 支持高达 7.8 Mbps 的原始数据速率的可靠通信。这比许多窄带技术高得多，同时支持更快测量周期和/或高数据速率的新应用。

UWB与“窄带”通信区别

UWB 的另一个好处是它非常精确的定时和同步能力，利用窄脉冲/高带宽特性。虽然 BMS 应用目前主要需求其数据通信能力，但 UWB 的异常精确定时允许极其精确地同步测量，例如将电流和电压（通常在电池组中的不同子系统上测量）以远低于µs级别传输，而当今大多数窄带技术停留在数个µs级。

除了 UWB 与窄带解决方案相比的一般优势外，恩智浦的超宽带无线 BMS 实施还包括几项特定的增强功能，可提高可靠性和可预测性。

一项增强功能是使用优化的 UWB 数据包结构，旨在最大限度地提高电池组环境下的性能。

第二项增强功能是使用时隙调度方法。如图所示，每个节点都有一个固定的时隙来接收或发送。这消除了对复杂通道访问和分配方案的需求，而这在网络配置需要灵活的通用系统中是必需的。设计上无跳频、无冲突，并且具有很强的时间可预测性。

恩智浦表示，在单次传输中实现低于 10-6 的数据包错误率。这使得包设计具有更少的迭代次数，并且不易受到设计优化的影响。

由于这种方法和更高的数据速率（高达 7.8 Mbps），可以在更短的周期内传输相同数量的数据，NXP 的 UWB BMS 的平均功率，与其他无线或有线技术相比，功耗更低。

除了 RF 特定的优势外，恩智浦还实现了其他几个有利于此应用的功能。该系统通过使用内置硬件安全引擎进行加密，防止窃听和虚假消息插入，从而确保消息的私密性和完整性。

短期会话密钥（其中每条消息都使用 AES-128（或可选的 AES-256）进行加密）是一种广泛接受的解决方案。

ADI的wBMS方案

作为业界最早引入无线BMS技术的ADI而言，其产品已经得到了诸多场景的应用。采用SmartMesh无线网络提供了高可靠性（>99.999%）的数据传输，即使在恶劣的电磁干扰环境中也能保持稳定的通信。

无线BMS允许在车辆中灵活放置电池模块，并且可以在以前不适合布线的地方安装传感器。

通过添加SmartMesh启用的传感器，可以收集与电池状态计算相关的额外数据，如电流和温度，从而提高电池状态的准确性。

无线BMS通过使用SmartMesh的路径和频率多样性，提供了真正的冗余连接系统，可以绕过障碍物并减轻干扰。

SmartMesh网络提供了强大的安全性，包括NIST认证的AES128加密。

目前包括通用、宝马、路特斯、宇通等多家OEM与ADI签约并部署了无线BMS，是公开最多无线BMS合作方的芯片供应商。

TI的WBMS方案

TI于2021年宣布进入无线电池管理市场。其解决方案经过TÜV SÜD评估，支持系统级功能安全通信层，达到ASIL D标准，确保了极高的安全性和可靠性。它提供了高可靠性的无线网络，数据传输稳定性和安全性得到了充分保障。

在性能方面，TI的WBMS无线吞吐量高达1.2 Mbps，支持多达100个节点的可扩展性，低延迟，每个节点的延迟小于2毫秒，整个网络的延迟小于16毫秒。链路可靠性高达99.999%，确保网络的高可用性。

在功耗方面，无线主节点的功耗低于100微安，设备保持活动状态的功耗低于70微安，并且具有广泛的电压范围（1.8 V至3.63 V），适应不同的电源条件。

TI的BMS使用时间分槽（TS）和频率跳变（FH）的无线通信协议，提供稳定的通信链路。同时，它支持IPv6基础的mesh协议，适用于家庭和建筑自动化。

另外，TI的BMS方案包含一个软件定义的无线电，支持无线BMS和其他非无线BMS协议（如BLE），为电池回收再利用提供了灵活性。

由于无线BMS技术是一个相对较新的领域，而且许多汽车制造商可能还在评估或开发阶段。作为快速增长的市场，恩智浦结合了其UWB技术与BMS技术的专长，或许将进一步加速无线BMS市场的接受度。喜欢我们的文章吗？欢迎在wx关注我们的订阅号：汽车开发圈（ID：AutoDevelopers），浏览更多汽车电子相关内容。