在國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車的積極鼓勵(lì)及補(bǔ)貼扶持,電動(dòng)汽車包括混動(dòng)和純電動(dòng)在國(guó)內(nèi)增長(zhǎng)的速度是以每年50%的速度再增長(zhǎng),而作為電動(dòng)汽車的核心組件的電池以及電池管理系統(tǒng),市場(chǎng)需求也是日漸增長(zhǎng),以下是就電池管理系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器的需求進(jìn)行分析
電池充放電狀態(tài)的預(yù)測(cè)和計(jì)算(即SOC)、單體電池的均衡管理,以及電池健康狀態(tài)日志記錄與診斷是電池管理系統(tǒng)(Battery Management System, 即BMS)主要實(shí)現(xiàn)三大核心功能
功能框圖如下:
電池荷電狀態(tài)的預(yù)測(cè)和計(jì)算(即SOC)是整個(gè)電池管理系統(tǒng)中最核心的功能,只有在有了精確的電池充電/放電狀態(tài)的預(yù)測(cè)/計(jì)算,電池管理系統(tǒng)才能進(jìn)行有效均衡管理,所以對(duì)SOC精準(zhǔn)度要求極高。
在整個(gè)電池管理系統(tǒng)中,電池荷電狀態(tài)的預(yù)測(cè)和計(jì)算(即SOC)是其最重要的功能,因?yàn)橛辛司_的電池充電/放電狀態(tài)的預(yù)測(cè)/計(jì)算,才能進(jìn)行有效均衡管理。因此對(duì)SOC精準(zhǔn)度的要求是越高越好。
通過采集電池的電壓、電流參數(shù),還需要提供諸如阻抗、溫度、環(huán)境溫度、充放電時(shí)間等多種參數(shù)來提高SOC的精準(zhǔn)度,電池固有參數(shù)是可以通過數(shù)學(xué)建模的方式,建立軟件模型,而電池動(dòng)態(tài)參數(shù)需要通過數(shù)據(jù)采集卡對(duì)其實(shí)時(shí)的采集數(shù)據(jù),并實(shí)時(shí)地將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)組CU單元存儲(chǔ),再由MCU對(duì)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法計(jì)算,從而算出精準(zhǔn)的電池荷電狀態(tài)。
為了實(shí)現(xiàn)SOC功能的更高性能,需要將不同電池的模型存入存儲(chǔ)器,而該存儲(chǔ)器需要具備低功耗,快速讀寫,接口建檔及數(shù)據(jù)保持時(shí)間高達(dá)20年以上的要求,SOC功能需要采集卡不停地實(shí)時(shí)將采集的電池電壓/電流數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器,假如一個(gè)MCU單元,對(duì)接10路單體電池的采集數(shù)據(jù),采集數(shù)據(jù)卡一般會(huì)采用1MB的isoSPI總線進(jìn)行通信,即對(duì)于MCU單元的存儲(chǔ)器,接口速率要求高且?guī)缀趺棵胫卸家M(jìn)行一次數(shù)據(jù)寫操作;而電池的壽命要求至少是10年,假如一臺(tái)車運(yùn)行時(shí)間是8小時(shí),那么MCU單元的存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寫操作在電池包生命周期內(nèi)的寫次數(shù)為1億5百萬次。
由此可以看出,BMS對(duì)SOC功能的要求性非常關(guān)鍵,因此對(duì)存儲(chǔ)器的性能及可靠性也是很嚴(yán)苛,必須是非易失性的存儲(chǔ)器,擦寫次數(shù)至少要超過1.1億次,接口速率大于8MHz,低功耗且數(shù)據(jù)能夠可靠保存20年的時(shí)間,需要符合AECQ-100,未來需要通過功能安全認(rèn)證,至少具有ASILB等級(jí)。
目前主流的非易失性的存儲(chǔ)器有EEPROM、 Flash 以及MRAM。EEPROM 的接口有SPI接口,速率可以做到10Mhz,但是每次寫都有一個(gè)5ms寫等待時(shí)間,擦寫次數(shù)是1百萬次,功耗中等,有車規(guī)級(jí)器件,但是目前未做功能安全認(rèn)證,數(shù)據(jù)保持能力也可以做到20年。
Flash的讀寫速度較慢,每次寫操作都必須進(jìn)行擦寫,因此完成一次寫操作至少需要幾百毫秒的時(shí)間,擦寫次數(shù)也只能支持10萬次,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1.1億次的要求,數(shù)據(jù)保持能力在10年到20年之間。
MRAM(Magnetic Random Access Memory) 是一種非易失性(Non-Volatile)的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器。它擁有靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)的高速讀取寫入能力,以及動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)的高集成度,而且基本上可以無限次地重復(fù)寫入。
MRAM 是通過磁性作為存儲(chǔ)介質(zhì),其具有高可靠性,數(shù)據(jù)保持時(shí)間為100年,完全隨機(jī)不需要寫等待的高讀寫效率,SPI接口速率最高可以支持到50Mhz或108MHz QSPI,并且具有非常低的功耗;擦寫次數(shù)可以高達(dá)100億次。
MRAM作為一款獨(dú)特的非易失性存儲(chǔ)器,無論在寫入速度、耐久性還是在功耗與可靠性方面,都是目前實(shí)現(xiàn)高可靠性BMS系統(tǒng)的最佳存儲(chǔ)器選擇。
EverSpin作為全球領(lǐng)先的MRAM核心供應(yīng)商,提供非常齊全的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器MRAM產(chǎn)品,容量由256Kb到256Mb,接口為Serial/Parellel/Quad Serial/DDR3/DDR4接口,具有幾乎無限次的讀寫次數(shù)(100億次讀寫周期),QSPI接口速率高達(dá)108Mhz,不需要寫等待時(shí)間,工作電流低至0.6mA,是能夠承受125度高溫的汽車級(jí)芯片解決方案,并且符合ASIL-B。
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EverSpin
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