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汽车电子化的驱动力:ADAS和电池管理系统

时间:2019-11-26 作者:顾正书 阅读:
虽然今年全球汽车市场不景气,美国和中国市场都出现不同程度的下滑,但ADAS却以两位数的速度增长。从全球最大的汽车半导体供应商NXP的季度财报也可以看出这一趋势。而BMS器件目前还只是汽车半导体市场的很小一部分,但其增长速度惊人,而且潜力巨大。全球汽车制造商都在开发和生产更多型号的电动汽车,未来几年对BMS器件的需求将呈现出爆炸式增长。
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福特FUSION的盲点监视器

我最近因为要去华盛顿特区的中国驻美大使馆办理签证而有一次租车经历,车型是2018年款福特FUSION混合动力车。当我在高速上行驶时,注意到左右两侧的后视镜有时候会出现黄色的圆点。刚开始还不知道这是干什么的,行驶一段距离后才意识到这是用于两侧车道的车辆进入盲区的监测提醒。当我在休息区休整好准备再次上路,倒车时听到声音告警,仪表盘上显示后面有车辆从左侧行驶过来,提醒我停止倒车。回来后,我网上搜索一下才知道,原来这是福特车的盲点信息系统(BLIS)。RMMEETC-电子工程专辑

RMMEETC-电子工程专辑

这种盲点监视器是最近几年出现的一种ADAS功能,在福特、沃尔沃、马自达等中高端车型中都有配置。一个叫George Platzer的人于1995年在提交给汽车工程师协会的一篇论文中首次提出一种解决盲点问题的方法。如果以特定的方式调整车辆两边的后视镜,盲点是可以消除的。但他的方法并没有受到重视,他后来申请专利并卖给了福特公司,开发出盲点信息系统(BLIS),并陆续在其福特、林肯和沃尔沃等品牌车型中装配这种功能。RMMEETC-电子工程专辑

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配备有盲点监视器功能的车辆一般在两侧的后视镜下面或车尾两侧安装有雷达感应器,当侧边车道的车辆进入盲区时,相应的后视镜出现醒目的亮点以提醒司机有车辆进入盲区,当车辆快速超过后亮点自动消失。除了监测两侧盲区车辆外,在倒车时从车道两侧驶来的车辆或行人也可以检测到,会发出声音告警,并在仪表盘上显示后面有车辆或行人。RMMEETC-电子工程专辑

ADAS成为汽车半导体增长驱动力

高级驾驶辅助系统(ADAS)是一种协助车辆驾驶人员在行驶或停车时预防人为失误而提高安全性的电子系统,它以友好的人机交互界面来提高人员、车辆和道路安全。ADAS依赖多种数据来源的输入而进行计算处理并做出相应的决策和动作,包括汽车成像、激光雷达(LiDAR)、汽车雷达、图像处理、计算机视觉,以及车载网络等。RMMEETC-电子工程专辑

常见的ADAS功能包括:自适应巡航控制(ACC)、防抱死制动系统(ABS)、自动泊车、自动导航系统、汽车夜视、盲点监控、防碰撞系统、驾驶员监控系统、驾驶员困倦监测、车道偏离告警系统(LDW)、胎压监控、交通信号识别等。随着5G和车载网络的发展,车辆与车辆之间的交互信息(V2V和V2X)也将成为ADAS的一个主要数据输入源。RMMEETC-电子工程专辑

虽然今年全球汽车市场不景气,美国和中国市场都出现不同程度的下滑,但ADAS却以两位数的速度增长。从全球最大的汽车半导体供应商NXP的季度财报也可以看出这一趋势。NXP今年前两个季度的传统汽车半导体业务相比去年下降明显,但ADAS和电池管理系统(BMS)业务却在快速增长。自2015年以来,NXP的ADAS业务年复合增长率达到50%,现已占据整个营收的10%。预计到2021及以后几年仍会以超过20%的速度增长。RMMEETC-电子工程专辑

电池管理系统(BMS)是汽车电子化的新动力

2019年诺贝尔化学奖得主之一是97岁高龄的John Goodenough教授,他被尊称为“锂电池之父”。他发明的钴酸锂材料使得锂电池成为便携式电子产品的主要供电电源,从笔记本电脑、手机到各种电池供电的便携式设备,极大地方便了人类的生活。锂电池不但普遍用于电子产品,越来越流行的电动车(EV)也广泛采用锂电池。RMMEETC-电子工程专辑

锂电池具有高电荷密度和重量轻的优点,数百个锂电单元组合成电池组,可以达到300V电压和300A大电流,以驱动电动车长距离行驶。但是,锂电池组的充电和放电都需要严格监控,不能过充电但也不能欠放电。出于安全和效率考虑,每个电池单元的电压和电流都需要监控。因此需要专门的电池管理系统(BMS)来监测电池组在充电、放电和车辆运行过程中的动态监控管理。RMMEETC-电子工程专辑

从硬件结构来看,BMS有三种拓扑结构,即集中式BMS、分布式BMS和模块化BMS。无论哪种结构,其基本原理和功能都是一样的,如下图所示。RMMEETC-电子工程专辑

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电池管理系统可以监测如下主要状态指标:RMMEETC-电子工程专辑

1. 放电控制:电池单元的低压不能低于某个额定值(比如3V),BMS要确保整个电池组的每个电池单元放电都不能低于3V。RMMEETC-电子工程专辑
2. 充电控制:充电过程也需要监控,因为不适当的充电可能会损坏电池单元或降低使用寿命。锂电池采用二阶充电机制,第一阶充电是恒流(CC)充电以便为电池提供恒定的电流。当充电接近饱和状态时,进入二阶恒压(CV)恒压,这时就需要为电池提供恒定的电压,而电流则比较小。整个充电过程中,BMS要确保电池不会超过限定电压和电流。RMMEETC-电子工程专辑
其它监测参数还包括电量状态指示、健康状态指示、电池单元平衡、热控制、精确度、处理速度和数据记录等。RMMEETC-电子工程专辑

BMS器件目前还只是汽车半导体市场的很小一部分,但其增长速度惊人,而且潜力巨大。全球汽车制造商都在开发和生产更多型号的电动汽车,未来几年对BMS器件的需求将呈现出爆炸式增长(因为保证电动车辆不要因为电池故障而发生爆炸是政府机构、汽车厂商和消费者都关心的安全问题)。据NXP财报透露,虽然BMS业务只有5000万美元规模,但到2021年有望达到数亿美元。这一细分市场还刚刚开始火热起来,相信随着电动车的普及,BMS将成为汽车半导体供应商新的增长驱动力。RMMEETC-电子工程专辑

本文为《电子工程专辑》11月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。点击申请免费杂志订阅RMMEETC-电子工程专辑

责编:Yvonne GengRMMEETC-电子工程专辑

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顾正书
电子工程专辑(EETimes China)主分析师。以深圳为坐标原点,扫描全球电子和半导体行业。专注于China Fabless和SoC设计细分市场的分析和学习,欢迎交流。
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