從無(wú)線(xiàn)BMS到無(wú)線(xiàn)MCU，我們可以看到無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)是其中相當(dāng)重要的一部分。合適的無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)從一開(kāi)始就決定了整個(gè)設(shè)計(jì)決策，它直接決定了應(yīng)用的協(xié)議互操作性、距離、穩(wěn)健性以及適用場(chǎng)景。

要說(shuō)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線(xiàn)連接的技術(shù)，其實(shí)不在少數(shù)，不管是藍(lán)牙、Zigbee、Thread還是Wi-Fi、專(zhuān)有2.4GHz都能實(shí)現(xiàn)。在無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品市場(chǎng)我們可以找到很多支持不同連接協(xié)議的產(chǎn)品，TI近期就推出了全新的低功耗藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)MCU，ADI在SmartMesh產(chǎn)品也在不斷擴(kuò)充。我們從無(wú)線(xiàn)BMS出發(fā)，看看兩家在無(wú)線(xiàn)BMS上發(fā)展最領(lǐng)先的廠商應(yīng)用在無(wú)線(xiàn)BMS上的連接協(xié)議做了哪些增強(qiáng)。

TI專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議

在TI的無(wú)線(xiàn)BMS方案中，采用了無(wú)線(xiàn)MCU和電池監(jiān)控器實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆绞脚c主控芯片完成通信。該無(wú)線(xiàn)傳輸基于其專(zhuān)有的無(wú)線(xiàn)BMS協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)快速組網(wǎng)。據(jù)TI官方資料，通過(guò)專(zhuān)有的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，能實(shí)現(xiàn)低延時(shí)、高傳輸速率，低數(shù)據(jù)丟包率。

該無(wú)線(xiàn)方案中的協(xié)議，是TI基于2.4GHz頻段中運(yùn)行的低功耗Bluetooth技術(shù)編制的專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)BMS協(xié)議，每個(gè)中央單元可支持多達(dá)32個(gè)節(jié)點(diǎn)的星型網(wǎng)絡(luò)配置，有助于提高吞吐量，降低數(shù)據(jù)延遲，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量可以做到1.2Mbps，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的延遲會(huì)控制在兩個(gè)毫秒以下。該協(xié)議也是TI專(zhuān)有的，在SimpleLink系列無(wú)線(xiàn)MCU中經(jīng)常能看到它的身影。

以10個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)為例，TI的無(wú)線(xiàn)BMS協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)10^-7甚至更好的數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率。這意味著在52.222小時(shí)的無(wú)線(xiàn)BMS操作中，任何節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都只有100ms是不可用的，換個(gè)說(shuō)法則是在協(xié)議下設(shè)備正常運(yùn)行的時(shí)間是〉99.999%的。因?yàn)槊總€(gè)無(wú)線(xiàn)設(shè)備都是獨(dú)立的，整個(gè)無(wú)線(xiàn)BMS協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)可用性也〉99.999%。而且這種專(zhuān)有的2.4GHz與傳統(tǒng)的2.4GHz具有互操作性。

考慮到其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)會(huì)共用該頻帶，TI的專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)BMS協(xié)議為了在這個(gè)擁擠的頻帶里減少?zèng)_突，在通信前會(huì)使用跳頻找到一個(gè)開(kāi)放的信道，因此在連接穩(wěn)健性上有比較好的保障。唯一的弊端在于遠(yuǎn)距離連接應(yīng)用中不太適用，但是對(duì)于無(wú)線(xiàn)BMS這樣的應(yīng)用這一點(diǎn)也無(wú)需擔(dān)心。

ADI SmartMesh

SmartMesh其應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不止在無(wú)線(xiàn)BMS中建立連接，它在所有嚴(yán)苛的射頻環(huán)境中都有廣泛的應(yīng)用。SmartMesh分為SmartMesh IP和SmartMesh HART。網(wǎng)絡(luò)均是由mote和manager兩部分構(gòu)成，在硬件上使用的我們上期提到的LTC5800。

SmartMesh HART符合工業(yè)無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域的Wireless HART標(biāo)準(zhǔn)，SmartMesh IP技術(shù)更傾向于IP尋址能力，二者均使用dust時(shí)間同步技術(shù)，功耗極低，平均路由節(jié)點(diǎn)功耗50uA，可靠性極高，在無(wú)線(xiàn)BMS復(fù)雜的射頻環(huán)境下，SmartMesh可靠度超99.99%。一般來(lái)說(shuō)，SmartMesh IP成本更低而且也更靈活。

SmartMesh中的mesh技術(shù)與傳統(tǒng)的樹(shù)狀路由相比，具有多條路徑，manager會(huì)自動(dòng)判斷最佳路徑。每個(gè)器件都有冗余的路徑以克服由于干擾、物理遮擋或多徑衰落導(dǎo)致的通信中斷。與其他網(wǎng)狀技術(shù)不同的是不需要進(jìn)行既耗費(fèi)功率又耗費(fèi)時(shí)間的路徑再發(fā)現(xiàn)。

而SmartMesh中不能不提的就是時(shí)間同步通道跳頻技術(shù)，TSCH網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)數(shù)據(jù)包交換通道都會(huì)跳頻以避開(kāi)RF干擾和多路徑衰落。另一方面不同設(shè)備之間的多次數(shù)據(jù)傳送可以在不同通道上同時(shí)發(fā)生，增大了網(wǎng)絡(luò)帶寬。此外，TSCH網(wǎng)絡(luò)高可用性的占空比基本不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)包碰撞問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)十分密集且可以拓展，而不會(huì)產(chǎn)生削弱RF信號(hào)的自干擾。

應(yīng)對(duì)惡劣的汽車(chē)射頻環(huán)境

無(wú)線(xiàn)BMS應(yīng)用的連接技術(shù)需要面對(duì)的最大的困難仍舊在惡劣的汽車(chē)射頻環(huán)境上。TI的無(wú)線(xiàn)BMS方案通過(guò)ISO26262 ASIL-D系統(tǒng)功能安全認(rèn)證之外，在協(xié)議拓?fù)渖线€增加了衰減高共模電壓設(shè)計(jì)機(jī)制以對(duì)抗汽車(chē)嘈雜的工況產(chǎn)生的高共模電壓；ADI的SmartMesh的成對(duì)通道跳頻以及動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化也盡可能在對(duì)抗惡劣的射頻環(huán)境。

一邊是始終懸在頭頂?shù)?a target="_blank">電磁兼容性鴻溝，一邊是無(wú)線(xiàn)BMS帶來(lái)的成本和性能的高性?xún)r(jià)比，有些車(chē)廠還在觀望，有些車(chē)廠已經(jīng)開(kāi)始啟動(dòng)無(wú)線(xiàn)BMS換代。最近凱迪拉克LYRIQ搭載ADI的SmartMesh做足了宣傳，在這股“無(wú)線(xiàn)風(fēng)”之下，電池性能迭代優(yōu)化不用再換車(chē)或許真的離消費(fèi)者已經(jīng)不遠(yuǎn)了？