大家可能会想，随着电动汽车家当规模扩大、电池本钱进一步低落，到时候给车多装点电池，不就可以轻轻松松实现1000公里续航了吗？
在我之前的多篇文章中已经论述过[，这种“以量取胜”的狂堆电池策略是不可取的。缘故原由有两点，一是多堆电池会增加车重，两倍电池并不能实现两倍续航；二是多堆电池下意味着每个车都背负着一两吨的废重在行驶，与节能减排的初衷背道相驰。“以量取胜”的策略不可取，而该当“以质取胜”：从电池的角度来说，要提高能量密度，使得同等重量可以存储更多电能，这是最关键的技能成分之一。
锂电池能量密度
“以质取胜”并不仅仅指电池技能的打破，考虑到@亚德诺半导体 是半导体技能的精良有名企业，那本日咱们就从汽车电子的角度，来谈一谈半导体技能的发展如何帮助电动汽车更高效地用电 —— 如果用电效率提高、相同电量可以跑更长里程，那毫无疑问也是一种“以质取胜”。
没有半导体，汽车如何事情？—— 以油门踏板为例
即便没有半点专业知识的吃瓜群众都知道，燃油车的发动机得有个ECU才能事情，电动汽车的正常运转也离不开BMS，而ECU(Engine Control Unit)、BMS(Battery Management System)掌握器都利用大量半导体器件。
所有汽车都离不开半导体器件，这已经成为一个知识。弗成思议的是，没有半导体的汽车是如何事情的呢？
德国人Karl Benz发明第一辆汽车是1886年，比肖克利在硅谷发明晶体管的标志性事宜早了半个多世纪，因此早期汽车绝无可能利用半导体，更不用说什么ECU了。如果没有ECU，那早期汽车是如何感知驾驶员踩下多深油门踏板、如何掌握发动机进宇量的呢？
方法非常大略粗暴：油门踏板连接着一根钢索，当踏板踩下时节气门阀门被钢索拉开，踏板松开时节气门被弹簧拉回规复关闭状态；油门踏板深度就直接决定了节气门开度与进宇量。
实在上面这张示意图已经非常直不雅观清晰了，但我知道大家肯定还是不爱看（毕竟还是工程图），以是我准备了一个更为直不雅观的理解办法：早期汽车的驾驶员意图阐明与转矩掌握输入，实在便是自行车刹车钢索与自动弹簧门组合在一起，一拉钢索门就开，放开钢索门自动合上。没有什么ECU，乃至不须要任何电旗子暗记！
虽然很土，但很有效！
左：自行车刹车钢索 右：自动弹簧门
除了进气之外，还要掌握喷油量，这轻微繁芜一些，须要一个叫做“化油器”的东西。这个设计非常风雅、事理大略但工程繁芜的机器部件，是很多汽车系本科生的噩梦。好在它已经被半导体器件给淘汰了，在汽车上已经基本找不到了。
问题来了，既然不依赖半导体与电旗子暗记也很有效，那为啥这种拉线式油门踏板终极被历史淘汰了呢？
是由于看起来太土了吗？肯定不是，刹车系统的主流至今仍旧是机器液压系统，依赖电旗子暗记的Brake-by-Wire还未成为主流。
拉线式油门踏板系统被“油门踏板位置传感器+模数(AD, Analog to Digital)转换模块+旗子暗记处理与决策+电子节气门实行器”的基于半导体器件的电子式油门系统淘汰，紧张是由于后者有如下上风：
动力同等性：拉线式系统中，不同温度、气压、负荷状态下，踩下同样深度的油门输出的转矩竟然是不同的！那样的话，驾驶员去适应一辆新车就没那么随意马虎了，须要较永劫光的磨合。而基于半导体器件的电子式系统中，温度、气压、负荷等变量在“旗子暗记处理与决策”环节会综合考虑，使得发动机在相同深度油门下的转矩输出是相同的。更好的油耗与排放：与上一条的逻辑相同，电子式系统可以更好地掌握发动机燃烧状态，从而实现更低的油耗与排放。更不用说，诸如缸内直喷(GDI, Gasoline Direct Injection)的前辈发动机技能必须以电子式油门踏板系统为根本，否则根本实现不了。高等功能的兼容性：与拉线式系统比较，电子式系统是一种drive-by-wire系统，它才能支持一些高等的动力掌握功能，例如当代的自适应巡航掌握(ACC, Adaptive Cruise Control)，以及未来的各级别自动驾驶技能。
可见，即便仅仅是少了油门踏板位置传感器&AD转换模块这一个小小的半导体器件，都会导致包括ECU在内的全体动力掌握系统失落效，对汽车的性能与功能影响巨大。我们不妨设问一个假想问题：如果半导体器件从未被发明，那如今的汽车会长什么样子？大概那样的汽车更有蒸汽朋克范儿，但性能与功能肯定都大打折扣。
当代汽车的传感器注：首先须要说一下，传感器未必是基于半导体事理，但每个传感器都一定配备一个半导体的AD转换模块，将传感器输出的仿照旗子暗记转换成数字旗子暗记，便于掌握器处理。
历史不能假设，事实上半导体器件在汽车上的运用越来越多，而且保持着两位数的增长速率。每辆车上仅传感器就多达均匀150个[5]，在汽车电动化、智能化、互联网的趋势下这个数字可能还会倍增。
下面这张图展示了，传感器险些遍布汽车每一个位置。从动力系统(Drivetrain)、安全性(Safety)、舒适性(Comfort)这3个角度，对这些传感器作一概括性的举例：
动力系统：油门踏板传感器(Accelerator-pedal sensor)、氧传感器(Lambda oxygen sensor)、(变速箱)速率传感器(Speed Sensors)等。安全性：用于气囊起爆或ABS功能的加速度传感器(Acceleration sensor)、用于ESP的横摆率传感器(Yaw-rate sensor)和方向盘转角传感器(Steering-wheel-angle sensor)等。舒适性：用于空调系统的空气质量传感器(Air-quality sensor)和温湿度传感器(Humidity/temperature sensor)等。在汽车电动化、智能化、互联化(智能座舱)的趋势中，汽车须要的传感器数量大幅增加，在此大略举几个例子：
电动化：电机掌握器内的功率器件、用于电机掌握的旋变(Resolver)转角位置传感器、用于BMS的电压、电流、温度传感器等。智能化(自动驾驶)：用于感知外界信息的超声波传感器(Ultrasound sensors)、激光雷达(Lidar)、图片传感器(Imaging sensors)、惯性单元(IMU, Inertial Measurement Unit)等。在当前的自动驾驶低级阶段，可以说卖力感知的各种传感器是技能迭代的决定性成分。互联化(智能座舱)：用于驾驶员监测的3D人脸建模传感器等。对续航有增益的传感器&AD转换技能唔，本想大略回顾一下车用半导体器件的历史，结果彷佛扯得有点远了。咱们还是回到主题，对电动汽车续航有增益的传感器&AD转换技能有3个：
驱动：提高电机效率的转子位置丈量。能源：提高电池寿命(坚持续航的稳定性)的BMS电压、电流、温度丈量。感知：能够降落百公里能耗的自动驾驶技能所须要的感知能力。一、提高电机效率的转子位置丈量驱动车辆行驶的电机是电动汽车的用电大户。电动汽车的电池容量有限，能省一点就要省一点，以是提高电机效率特殊主要。
提高电机效率，除了要从电机设计、功率器件等方面努力之外，还有一个特殊主要的便是转子位置的丈量精度。
为什么这么说呢？咱们以永磁同步电机为例，它的事情事理实在特殊大略，下面是我的一种可能不严谨，但非常直不雅观的理解办法：转子可以理解为是一根永磁体，定子产生旋转的电磁场“领导”转子跟它一起转，如下图所示[6]。
定子磁场与转子磁场
注：实现上定子磁场与转子磁场是平行的，上图成90度角只是科普理解方便而做的示意图
定子产生旋转的电磁场，是须要花费电能的，必须想办法把电用在刀刃上。怎么才叫用在刀刃上呢？ 图中的定子磁场与转子磁场垂直时，定子的牵引力就全部用来吸引转子旋转了。
要做到这一点，定子必须精确地知道转子的位置。如果定子对转子的判断失落误会怎么样？就会涌现右图的情形：定子磁场不垂直于转子磁场，一部分牵引力被摧残浪费蹂躏掉了。由此可见，转子位置丈量的精确程度，直接影响电机效率与续航里程。
注：上述科普逻辑大量简化了细节，如果轻微详细一点讲述位置传感器丈量不准确对续航的影响，紧张是指下面3个方面：
1) 如果转子位置丈量不准确，定子就会产生一定的无功分量(在最大转矩电流比掌握策略(MTPA, Maximum Torque Per Ampere;)下，相称于进入非预期的弱磁(增磁)掌握状态)，效率相应会低落。
2) 如果转子位置丈量不准确，在相同电流下能够产生的最大输出转矩降落，这就相称于配置了大电机却只实现了小电机的功能，降落了电机的功率密度，给车辆增加了额外的重量，从而影响续航。
3) 如果转子位置丈量不准确，那么相应的转矩掌握精度会降落，会对整车级的能量优化策略产生影响。特殊是对付混动车来说，转矩掌握禁绝确意味着转矩折衷策略的实行有偏差，达不到能量优化的最佳效果。
而电机的转子位置丈量，无论是位置传感器还是配套的AD转换模块都存在巨大的寻衅：
1) 转速特殊快：车用电机转速非常快，可达18000转/分。也便是说，在一秒旋转300圈的情形下，还哀求转子位置丈量精确，想想都不随意马虎。
2) 精度哀求高：位置丈量直接关系着电机效率，因而对精度哀求高。与之比较，油门踏板传感器精度差点也没紧要，只要可靠性高。
3) 可靠性哀求高：这东西可不能坏，必须耐久耐用、质量可靠，由于谁也不想打开电机去改换传感器。
4) 事情环境严苛：高低温环境、振动大、滋扰多。
汽车上用于雨刷位置丈量的电位式位置传感器(Potentiometer sensors)与曲轴位置丈量的霍尔位置传感器(Hall sensors)，均不能很好地知足电机位置丈量的技能需求。
左：Potentiometer sensors事情事理 右：Hall sen
这时候，工程师想到了变压器的事理：传统变压器事理也很大略，原边绕组与副边绕组的相对位置固定，因而输出与输入电压比是常数；如果让个中一边绕组旋转起来，相对位置变革，那电压比便是一个变量。
不同的相对位置决定了电压比，那反过来，通过电压比不就可以推算出相对位置了吗？真是天才的想法！
可变磁阻式旋变事理图与输出旗子暗记
由于利用了变压器事理，以是这种传感器被称为旋转变压器(Resolver)，简称旋变。敲黑板了，旋转变压器并不是为了升压或降压的，而是用来丈量位置的。
传感器的问题办理了，仿照旗子暗记采样与转换的难题相继而来。咱们回忆一下电位式位置传感器，实在便是咱们初中学的滑动变阻器的事理，位置与电位逐一对应，旗子暗记采样与转换就特殊大略。
与电位式位置传感器不同，旋变的输出旗子暗记比较繁芜（上图右），这时候就须要性能高、质量可靠、本钱低的AD转换器了 —— 旋变并非基于半导体事理，但旋变想要高效事情必须要依赖于半导体的AD转换器合营。在旋变解码芯片方面，值得称道的是 @亚德诺半导体 拥有业内领域的专利方案。
二、提高电池寿命的电压、电流、温度丈量当消费者希望有一辆续航1000公里的电动汽车的时候，想要的是这辆车能够安全地、稳定地开1000公里，而不应该是时候担心自燃风险，或者是担心用不了几次续航就跌到700公里，而是希望这辆车能够安全地、持久稳定地续航1000公里。
前者便是锂电池的安全性(Safety)问题，后者是锂电池的寿命衰减问题(SOH, State of Health)。无论是安全性问题，还是寿命衰减问题，都依赖于精确、可靠的SOC(State of Charge)估计，而SOC估计则须要高水平的锂电池电压、电流、温度传感器与AD转换技能。这些丈量的旗子暗记与锂电池安全性/寿命的关系包括但不限于：
通过SOC曲线特性诊断
安全性：通过SOC曲线特性在线诊断锂枝晶(Lithium Stripping)，是预防快充带来的热失落控安全风险的一种潜在方法[8]。这对SOC估计的精度哀求很高，而续航1000公里的电动汽车肯定要上快充或超快充技能的。一些前瞻性的热失落控预警算法也依赖于精确的SOC估计或精确的电压、电流、温度数据丈量[3]。寿命： 日常监控电芯，以避免涌现过压、过温或欠压等危害电池寿命的状态；通过精确的SOC曲线特性在线诊断锂枝晶，是预防快充带来的寿命衰减风险的潜在方法[8]；在充电时监控电压、温度，避免进入能够导致电池寿命衰减的工况[9]。精确丈量SOC、温度等数据来确定最大充电电流，避免涌现寿命衰减的情形 图片来源[9]
三、高档级的自动驾驶可提升续航一样平常认为，自动驾驶的紧张功能是解放驾驶员的双手，可能并未意识与续航也有关系。
大家都知道，在谈论续航的时候要考虑“驾驶循环”。驾驶循环与路况有关，高速路况、城市普通路况、城市拥堵路况下的续航肯定差别很大；驾驶循环也与驾驶习气有关，在相同的路况下，老司机能够提前做出加速、刹车、变道判断，避免急踩油门急刹车的情形涌现，从而比新手司机开出更高的续航。
不同驾驶循环做个比拟：相同的一辆电动汽车，60km/h等速续航600公里，NEDC综合工况续航可能只有450公里，真实工况可能勉强开得到400公里。
当前国标测试续航的NEDC综合工况
当前驾驶员能够用得到的自动驾驶，还处于较为低级的L2级别，供应的是诸如PCS预碰撞掌握系统( Pre-Collision System)、LDA车道偏离预警系统(Lane Departure Alert)、全速域DRCC雷达巡航系统（Dynamic Radar Cruise Control）、LDA车道偏离预警系统(Lane Departure Alert)等功能，在利用这些功能时驾驶员必须双手放在方向盘上，还不能完备解放。
注：关于自动驾驶L1至L5的5个级别的定义
将来自动驾驶达到L4乃至L5级别的时候，车辆AI才算是真正达到”神极老司机”的状态，不仅能解放驾驶员的双手，还能实现更高的安全性和续航。自动驾驶的”神极老司机”可以通过以下畅想中的效应来提高续航：
高等驾驶掌握：自动驾驶利用激光雷达等传感器“眼不雅观八方”，碰着红灯时以最优效率提前减速，避免涌现刚踩油门又要踩一脚刹车的情形；在按时到达目的地的条件下，根据风速、坡度、负荷来方案最优效率的续航轨迹，而这常日是人类无法完成的事情；更进一步的，若车与车之前也实现了互联通信，就可以提前预知周围车辆的动力变革，提前做出效率优先的加速或刹车决策，从而进一步优化续航。空想中的自动驾驶包括V2V通信
优化整体路况：空想状态下，若大部分车辆都实现了自动驾驶，那意味着城市交通状况变得有序很多，不仅可以杜绝违反交通规则、杜绝交通事件，还能从全局动手进行每辆车的路径方案，使得城市内的车辆都像轨道交通一样只管即便靠近匀速行驶。
车-路-城协同的自动驾驶
若上述自动驾驶的空想状态得以实现，那么400公里的真实续航提升到600公里的等速续航，实现30%-50%的续航提升，也不再是抱负。
如果不依赖自动驾驶对续航的增益，仅指望电池技能的革命来实现1000公里续航，那至少还须要提升100%的能量密度，这个指标听起来真的是压力山大，即便是锂固态电池也难以达到。
但如果三五年后自动驾驶也达到比较空想的状态，对续航有个30%的提升，那对电池能量密度就只须要提升50%了就可以达到1000公里的真实续航了，这个指标听起来还比较现实。
当然，千里之行始于足下，在自动驾驶从L2级向L3级迈进的存亡关头，用于感知环境的各种传感器的技能水平与家当化程度就成了关键成分：比如毫米波雷达、惯性单元、激光雷达等等。
助力汽车电动化的亚德诺半导体汽车中的半导体器件无处不在，在汽车电动化、智能化、互联化的趋势中会扮演越来越主要的角色。虽然半导体很主要，但它们在汽车中作为基层零部件每每被消费者忽略，就像大部分吃瓜群众买个智好手机，也不会关心摄像头的图像传感器用的哪个品牌。
这些扮演着越来越主要的角色但却被忽略的半导体公司中，有一家叫亚德诺半导体@亚德诺半导体。它的英文缩写很特殊叫ADI，第一次听到这个名字时我就以为它该当是一家AD转换器产品的大佬，毕竟名字如此霸气就叫”Analog Devices, inc”。
事实的确如此，ADI的产品以性能好、可靠性高有名业内，用起来很放心，险些不会出什么幺蛾子故障。ADI的产品不仅仅是AD转换模块，而是面向汽车电动化、智能化、网联化形成了完全的办理方案。
ADI在汽车电动化方面的办理方案在汽车电动化方面，非常值得一提的是ADI针对汽车能量管理的完全办理方案：
ADI针对汽车能量管理的完全办理方案
主监控IC产品LTC6811: 可在290μs内测12路电流/电压，精度达1.2mV，业界极快的转换速率和极佳数据保护。数字隔离器iCoupler®: 高速率下最低功耗性、封装尺寸小、通道选项多，所需组件量和占用电路板面积都最小。集成电源数字隔离器isoPower®:隔离电源和多通道数字隔离功能，与分立式DC至DC隔离器加数字隔离器的方案比较，本钱更低、占用面积更小。关于BMS，ADI还有一个很故意思的观点产品：基于SmartMesh网络的无线BMS系统，有效减少了电池包内部的线速数量，使电池包内的支配更加方便；同时将总线网络变换为无线网络，可降落总线网络的共因失落效的风险，提高系统可靠性。此无线BMS系统运用在了宝马i3观点车上，很期待将来运用在量产车上的潜力。
ADI在2018德国慕尼黑电子展现场展出的无线BMS观点车
除BMS外，ADI还有检测电机速率、角度和位置的的磁阻方案(xMR)，相称于上文所述的旋转变压器。
ADI高精度马达掌握检测方案
ADI高精度马达掌握检测方案在汽车智能化(自动驾驶)方面，ADI也供应雷达、激光雷达和惯性单元等关键技能方案：
ADI雷达：覆盖24GHz和76-81GHz完全频段，在现今开拓的所有雷达模块中占到50%.ADI激光雷达：收购Vescent，志在供应质高价低的纯固态激光雷达。ADI惯性单元：高稳定性和超低噪声，高达十个运动自由度，从战术级降维至车规级开拓的IMU，堪称业界超优方案。作为百度Apollo的主要互助伙伴，为环球首款L4级量产自动驾驶巴士阿波龙供应IMU用于惯性导航。小结
总之，电动汽车要实现1000公里续航，主力军还是要靠锂电池技能的打破、能量密度的大幅提高，但作为侧翼部队，半导体技能的贡献同样不可忽略。
就像宁德时期作为锂电池供应商声名鹊起一样，在汽车电动化、智能化、互联化的趋势下，半导体技能对汽车的主要性将越来越强，像亚德诺半导体这样的前辈半导体器件供应商将来也可能会被消费者所熟知。
