革新動力傳動系統技術，實現網域和區域控制

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，結合不同車輛平台內的額外選項複雜性，會導致複雜的車輛系統特性、大量開發心力和極具挑戰性的維修。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，產生了網域和區域控制架構的概念。請了解這些不同架構對車輛中的子系統有何需求。

在網域架構中，每個網域會根據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。

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

雖然網域和區域架構有不同的優點與挑戰，但這些架構也可在跨界架構中共存。例如，BMS 可採用網域控制方式，而同時自動駕駛輔助系統 (ADAS) 可採用區域控制方式。通常會先處理功能安全與系統靈活性的特定應用挑戰，再將動力傳動系統轉為網域或區域控制架構。根據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 數量的目標。

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

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。藉由在本機處理功能安全措施，除了任務外的數據都不會在 BMS 內部傳輸 – 邊緣的本機安全 MCU 會將本機取得的 OK/nOK 數據傳輸至集中式 MCU，而非底層的原始數據，進而大幅減少時序和頻寬挑戰。

儘管這種方法與減少 MCU 數量的最初意圖相矛盾，但卻帶來了更多優勢。本機 MCU 可實現控制器區域網路靈活數據速率 (CAN-FD) 或乙太網路 10BASE-T1S 等標準化介面，進一步引進統一的抽象層，幫助實現電池組多源採購，以及跨車輛、跨平台與跨世代相容性。

現在就讓我們來討論 BMS 內可支援這些架構，並實現更智慧化的系統的幾項技術。