在消費者對安全性、便利性和個性化體驗的期望不斷提高的推動下，現代汽車正在經歷以軟件為中心的轉型。就像智能手機重新定義了移動電話的角色和意義一樣，軟件定義車輛正在重新定義汽車的硬件架構，使駕駛員能夠靈活選擇他們想要的車輛功能。

隨著車輛架構趨向于更集中化的處理和更智能化的系統，這些系統中的半導體技術也需要不斷演進。您可以看到軟件定義車輛對汽車內各種子系統的影響，包括向動力總成域控制架構和區域控制架構轉變、設計更智能的系統以及減少 MCU 數量，所有這些都基于更智能的半導體技術。

本次為大家介紹的是《設計更安全、更智能、互聯程度更高的電池管理系統》白皮書。本文將探討哪些趨勢正在改變混合動力電動汽車 (HEV)和電動汽車動力總成的結構，以及電池管理系統 (BMS) 中的技術正在如何轉變以滿足車輛更安全、更智能的需求。

內容概覽

動力總成發展為域控制和區域控制

了解向域架構和區域架構轉變的趨勢，以及這種轉變如何影響系統設計和半導體技術。

過去，當車輛設計中的傳感器或執行器需要更高的智能化水平，進而需要更復雜的控制或通信時，設計人員會在設計中添加 MCU。但是，將不同車輛平臺中各種選件的額外復雜性綜合起來，會導致車輛系統描述很復雜，開發工作量增大，維護難度也更大。

為了幫助克服復雜性、重量和成本方面的挑戰，人們提出了域控制架構和區域控制架構的概念。在域架構中，每個域將根據相關功能來集成某些電子控制單元 (ECU)。區域架構進一步發展了域控制的概念，根據車輛中的功能位置將功能分組為不同區域并由 MCU 進行控制。區域架構在減少 MCU 數量需求的同時，還能降低線束的復雜性和重量，從而進一步節省成本并延長行駛里程。

但是，一項技術挑戰隨之而來：電芯或電池包的高壓芯片組數據（電壓、電流和溫度讀數以及相關的安全措施信息）將作為原始數據傳輸。由于故障檢測時間間隔、故障反應時間間隔和安全狀態具有嚴格的定義，因此需要密切觀察和優化接口的可用帶寬，并且區域控制或域控制 MCU 需要嚴格的時隙，以便在給定的時間間隔內進行處理。

提高高壓芯片組的智能水平或在BMS 邊緣（例如在智能電池接線盒中）添加更小的安全 MCU，都可以簡化這一挑戰。通過在本地處理功能安全措施，不再需要在 BMS 內發送除任務之外的任何數據：邊緣的本地安全 MCU 會向集中式 MCU 發送在本地獲取的 OK/NOK 數據，而非底層的原始數據，從而顯著減少時間并簡化帶寬挑戰。

在 BMS 內實現智能的技術：MCU

了解向更安全、更智能的 BMS 進行過渡如何促進 MCU 技術、通信接口和電池接線盒設計的發展。

從最基礎的層面來說，MCU 在 BMS 中有兩個主要作用：連接到傳感器以接收數據，以及將該信息傳回車輛網絡。先進的 MCU 有助于從電池向車輛的其余部分發送更高質量的數據，從而幫助更準確地了解車內發生的情況。對于 MCU 來說，由于需要復雜的算法來提供智能以更大程度提高電池利用率，因此算力不斷提高。同時，隨著電池尺寸的增加，需要測量的單個電芯的數量也將增加。

為了滿足這些高級算法的要求以及傳感需求，一種方法是提高核心計算性能。現在，有一些運行頻率高達 1GHz 的多核器件能夠在系統內進行計算和操作。德州儀器推出了基于 ArmCortex的 32 位 MCU 產品系列，其中包含高性能和高能效的器件，可幫助滿足系統需求。

此外，在 BMS 中，功能安全能力也是 MCU 的一項重要標準。MCU 需要支持汽車安全完整性等級 (ASIL) D，并具有內置的硬件安全模塊，旨在幫助滿足系統的安全要求。德州儀器 AM263P4-Q1 MCU 等器件作為多核器件，具有更高的計算工作頻率，并提供了高級外設來支持聯網和提升傳感和驅動 IP 的質量。

數字孿生、機器學習和車隊管理

了解如何運用機器學習算法來推動智能電池數字孿生等趨勢。

BMS 中的軟件實施在不斷創新。獲得精確的電池包和電芯測量是實現比卡爾曼濾波器或庫侖計數更先進的 X 狀態算法的基礎。借助于針對個人駕駛行為、交通狀況以及地理和道路條件的監控功能，可以實現更精確的車輛續航里程預測以及電池健康狀態數據和荷電狀態估算。此功能稱為創建數字孿生，可實現進一步的商業模型，如軟件定義車輛中的車輛續航里程臨時升級。

德州儀器推出了基于 Arm且支持 AutoSAR 的 AM263P4-Q1 MCU 器件。這款器件包含一個使用自適應電芯建模系統的庫，并支持機器學習服務以改進車隊和車輛 X 狀態測量，有助于實現更智能的充電并優化電池健康狀態和續航里程。

BMS 是許多顛覆性和創新性概念的核心。德州儀器提供的器件解決方案涵蓋了完整的 BMS產品系列，旨在展示系統級優勢并使車輛更智能、更安全、互聯程度更高。