革新動力傳動系統(tǒng)技術(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)域和區(qū)域控制

過去設計人員在車輛設計中新增 MCU，其感測器或致動器需要更多智慧功能，因此需要更複雜的控制或通訊。然而，結(jié)合不同車輛平臺內(nèi)的額外選項複雜性，會導致複雜的車輛系統(tǒng)特性、大量開發(fā)心力和極具挑戰(zhàn)性的維修。例如，無線更新需要針對所有配置進行測試，大量增加流程的時間和複雜性。

為了解決複雜性、重量和成本方面的挑戰(zhàn)，產(chǎn)生了網(wǎng)域和區(qū)域控制架構(gòu)的概念。請了解這些不同架構(gòu)對車輛中的子系統(tǒng)有何需求。

在網(wǎng)域架構(gòu)中，每個網(wǎng)域會根據(jù)相關功能累積特定電子控制單元 (ECU)。舉例來說，車載充電器、DC/DC 轉(zhuǎn)換器、牽引逆變器和 BMS 會包含 HEV/EV 控制領域，並共用單一集中式 MCU，如 圖 1 所示。如此可減少分散式 MCU 數(shù)量，將各種功能就近配置，達到簡化介面的效果，並將相同功能集中在單一 MCU 以共用運算資源。例如，OBC 和逆變器的運作時間不同，並且會共享運算容量。

區(qū)域架構(gòu)進一步改良網(wǎng)域控制，將功能分類至不同的區(qū)域，並由 MCU 根據(jù)車輛中的位置進行控制，如 圖 1 所示。各個區(qū)域透過高頻寬通訊骨幹連接，因為區(qū)域之間的分散式感測器和致動器需要及時通訊。區(qū)域架構(gòu)可減少所需的 MCU 數(shù)量，同時降低線束複雜性及重量，進一步節(jié)省成本並增加行駛距離。硬體和軟體更新週期是分離的，汽車製造商可以轉(zhuǎn)向服務型的軟體結(jié)構(gòu)。

雖然網(wǎng)域和區(qū)域架構(gòu)有不同的優(yōu)點與挑戰(zhàn)，但這些架構(gòu)也可在跨界架構(gòu)中共存。例如，BMS 可採用網(wǎng)域控制方式，而同時自動駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 可採用區(qū)域控制方式。通常會先處理功能安全與系統(tǒng)靈活性的特定應用挑戰(zhàn)，再將動力傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)為網(wǎng)域或區(qū)域控制架構(gòu)。根據(jù)原先的原則盡可能集中 MCU 功能，意味著 BMS 必須透過精密或標準化介面進行通訊，且邊緣無 MCU 智慧功能。這類實作形式可達成減少 MCU 數(shù)量的目標。

然而，這種方法伴隨著技術(shù)挑戰(zhàn)：電池芯與電池組高電壓晶片組數(shù)據(jù) (電壓、電流和溫度讀數(shù)及相關安全措施) 將會以原始數(shù)據(jù)的形式傳輸。由於故障偵測時間間隔、故障反應時間間隔和安全狀態(tài)都經(jīng)過嚴格定義，因此介面可用頻寬需要密切觀察與最佳化，而區(qū)域或網(wǎng)域控制 MCU 則需要在指定時間間隔內(nèi)以極短的時隙進行處理。圖 3 比較 BMS 中的嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)。

為高電壓晶片組配備更多智慧功能，或在 BMS 邊緣 (例如智能電池接線盒) 增加更小型的安全 MCU，都可簡化這樣的挑戰(zhàn)。藉由在本機處理功能安全措施，除了任務外的數(shù)據(jù)都不會在 BMS 內(nèi)部傳輸 – 邊緣的本機安全 MCU 會將本機取得的 OK/nOK 數(shù)據(jù)傳輸至集中式 MCU，而非底層的原始數(shù)據(jù)，進而大幅減少時序和頻寬挑戰(zhàn)。

儘管這種方法與減少 MCU 數(shù)量的最初意圖相矛盾，但卻帶來了更多優(yōu)勢。本機 MCU 可實現(xiàn)控制器區(qū)域網(wǎng)路靈活數(shù)據(jù)速率 (CAN-FD) 或乙太網(wǎng)路 10BASE-T1S 等標準化介面，進一步引進統(tǒng)一的抽象層，幫助實現(xiàn)電池組多源採購，以及跨車輛、跨平臺與跨世代相容性。

現(xiàn)在就讓我們來討論 BMS 內(nèi)可支援這些架構(gòu)，並實現(xiàn)更智慧化的系統(tǒng)的幾項技術(shù)。