汽车芯片与BMS，新时代智能驾驶背后的两大顶梁柱

作为一个现代化的智能汽车，控制、辅助以及娱乐系统都依仗芯片，续航的保证则是电池，而电池管理系统（BMS）不论是对日常监控或者充电控制来说都至关重要。

就拿特斯拉来说，Autopilot 3.0平台的强大之处就在于自研的FSD芯片，甚至请出了传奇芯片大师Jim Keller着手芯片开发。而特斯拉做到极高里程数的关键就是其电池与BMS，在收购Maxwell后，特斯拉不仅筹划了新的锂电池研发中心和制造工厂，还宣布将于今年9月15日的电池日上公布四项技术突破。

汽车的“躯干”——芯片与控制

汽车芯片作为车身上不可或缺的一部分，如今虽然仍保留着发动机控制和转向控制这样的原始功能，随着人们对汽车性能要求的不断提高，也在往趋于复杂的方向演化。比如更加多样化、智能化的车载信息娱乐系统（IVI），更加安全的ADAS和自动驾驶系统等。

瑞萨电子中国汽车解决方案事业本部部长 林志恩

瑞萨电子中国汽车解决方案事业部部长林志恩在接受电子发烧友采访时提到，就目前的出货量来看，IVI芯片的出货量仍大于ADAS/AD产品的出货量。自动驾驶与驾乘人的生命安全紧密相关，因此OEM在导入ADAS和自动驾驶时会非常谨慎。除了技术本身成熟度之外，各国实际交通情况、驾驶习惯、驾驶行为归责等诸社会环境不同，在自动驾驶落地上会面临诸多挑战。IVI和ADAS/AD都将继续增长，但增速来看，预计未来一段时间内，IVI类芯片还是会更高。

随着各大汽车厂商往更高等级的自动驾驶推进，尤其是L3+以上的自动驾驶，汽车芯片在该应用领域也面临着新一轮的挑战。林智恩部长指出，进入到L3级别的开发后，迎面而来的挑战就是传感器数量的急剧增多，系统复杂性显著增强，因此OEM厂商需要和其他合作伙伴奖励一个可兼容的生态系统，携手开发。

Vison-S上的部分传感器 / Sony

如今的自动驾驶汽车可不仅仅需要摄像头而已，就拿索尼在今年CES上展示的概念车Vision-S来说，这辆电动汽车在车内外嵌入了33个不同的传感器，其中包含了遍布车身的摄像头，位于车前车后的毫米波雷达和超声波雷达，车前的固态激光雷达等。

对于如此多传感器的数据处理，汽车芯片的性能也就成了设计者必须考虑的参数。其次是安全性上的挑战，汽车芯片应当在追求高算力的同时，保证功能安全。就拿瑞萨第三代R-Car SoC来举例，该系列SoC基于Arm® Cortex®-A57/A53处理器，采用了Arm64位的CPU架构，还自带CNN和CV等硬件加速器，很适合自动驾驶内加入的复杂算法。R-Car SoC同时使用了CPU锁步冗余设计方式，确保了芯片和系统可以达到ISO26262（ASIL-B）的功能安全要求。

R-Car系列SoC路线图 / Renesas

那么除了高算力、安全性，还有什么是汽车OEM所考虑的参数呢？林志恩分享了他的见解：高算力依然是未来智能出行系统中不可或缺的基础能力，在驾驶环境感知、判断、实时控制这样的关键驾驶环节，以及与物联网、终端通信的车内信息娱乐系统，都需要高算力作为基础实现AI基数。但功耗也是必须考虑的要素，汽车芯片要在实现更大算力的同时，保证低功耗。

针对未来汽车芯片的创新，林部长认为多应用集成是其中的一大突破方向。瑞萨电子于去年发布的cross-domain MCU RH850/U2A就起到了这一用途，该芯片不仅可以帮助客户提高开发效率，缩短新车型的开发时间，同时支持虚拟化和OTA升级，从而支持底盘/安全、车身、域控制和中低端网关应用中的操作，满足底盘/安全应用所需的ASIL-D级功能安全。

汽车的“心脏”——电池与管理

新能源充电桩作为新基建的七大项目之一，现已在我国开始全面部署，此举也有助于电动汽车的普及。而对于汽车本身来说，与充电桩密切相关的部分就是车载电池和BMS。

对于早在汽车电池行业深耕多年的ADI来说，最优秀的BMS解决方案是占据绝对市场份额的关键所在。ADI 的多节电池、高电压电池组监视器系列是完整的电池监视 IC，它们内置了16位ADC、精准的电压基准、一个高电压输入多路复用开关MUX和一个SPI/isoPSI接口。可以把这些器件以菊花链的方式串联起来（无需使用光耦合器或光隔离器）以监视到长串联接电池中每节电池电压。LTC6811 / LTC6812 / LTC6813 / LTC6810 多节电池的电池组监视器，就是专为汽车和运输机械应用，满足 AEC-Q100 标准。

ADI中国汽车技术市场高级经理 王星炜

ADI中国汽车技术市场高级经理王星炜提到了汽车BMS中最关键的指标之一，也就是精度，这对锂离子电池来说尤其重要。为了防止过度充电和放电，电池单元通常应保持在满容量的10%到90%之间。例如在85kWh的电池中，可用于正常行驶的容量仅为67.4 kWh。如果测量误差为5%，为了保持电池的安全运行，必须将电池容量保持在15%至85%之间，总可用容量从80%减少到了70%。如果将精度提高到1%（例如对于磷酸铁锂电池来说，1 mV的测量误差相当于1%的充电状态误差），那么电池现在可以在满容量的11%到89%之间运行，增加了8%。在同样的电池下使用精度更高的BMS，可以增加每次充电的汽车行驶里程。

简单齐纳二极管和掩埋式齐纳二极管的区别 / ADI

除了精度以外，控制精度的误差也是高精度BMS需要解决的问题之一。ADI的BMS产品内嵌了一个齐纳基准电压源（Buried Zener Reference）的技术，该技术可以做到极低的温漂（1-2ppm/℃）和低噪声，同样拥有不错的长期稳定性，为测量系统提供相当精确的特性。

ADI还以SmartMesh技术打造了新颖的无线BMS架构应用，不仅消除了通信布线，同样使得每个模块的互联都以无线方式实现。而SmartMesh技术早在工业物联网领域就证实了它的可靠性，可在苛刻的射频条件下实现大于99.999%的安全性，缔造了稳固连接的无线传感器网络。

ADI的王星炜还提到了无线BMS还可以进一步与大数据和人工智能融合，进一步为电动汽车在全生命周期的使用、流通和回收赋能。一是无线BMS可以作为一个平台去收集电池数据，能够用这些数据来通过机器学习和人工智能预测电池的性能和表现，使得相应整车性能以及相应电池的性能可以充分发挥出来。并以此来提供更多的智能服务，这样能为整车厂和消费者带来更多更好的服务。二是无线BMS建立电池从生产制造到仓储运输、到车内电池维修维护、最后到回收整个生命周期的监测和追踪，采集的数据与人工智能算法融合，可以延长电池以及整个电动汽车的生命周期，提高电动汽车的残值，确保电动汽车在二手车市场更有吸引力，以此来赋能电动汽车产业。

从如今智能驾驶的前景看来，无论是汽车芯片还是BMS方案在未来都还有比较大的挖掘价值。比如尚在推行的V2X以及逐步普及的新能源充电桩，芯片将成为汽车实现万物互联的首道战线，而BMS将为新能源汽车的里程数把关，相信未来驾驶能在智能、安全、高效上全面进化。

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