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EVERSPIN公司MRAM芯片電動汽車電池管理係統的應用

2019-03-29 11:27:58

在國家對電動汽車的積極鼓勵及補貼扶持,電動汽車包括混動和純電動在國內增長的速度是以每年50%的速度再增長,而作為電動汽車的核心組件的電池以及電池管理係統,市場需求也是日漸增長,以下是就電池管理係統對存儲器的需求進行分析
 
電池充放電狀態的預測和計算(即SOC)、單體電池的均衡管理,以及電池健康狀態日誌記錄與診斷是電池管理係統(Battery Management System, 即BMS)主要實現三大核心功能
 
功能框圖如下:
EVERSPIN公司MRAM芯片應用在電動汽車電池管理係統框架圖
 
電池荷電狀態的預測和計算(即SOC)是整個電池管理係統中最核心的功能,隻有在有了精確的電池充電/放電狀態的預測/計算,電池管理係統才能進行有效均衡管理,所以對SOC精準度要求極高。
在整個電池管理係統中,電池荷電狀態的預測和計算(即SOC)是其最重要的功能,因為有了精確的電池充電/放電狀態的預測/計算,才能進行有效均衡管理。因此對SOC精準度的要求是越高越好。
 
通過采集電池的電壓、電流參數,還需要提供諸如阻抗、溫度、環境溫度、充放電時間等多種參數來提高SOC的精準度,電池固有參數是可以通過數學建模的方式,建立軟件模型,而電池動態參數需要通過數據采集卡對其實時的采集數據,並實時地將采集到的數據傳輸到MCU單元存儲,再由MCU對提取的數據進行算法計算,從而算出精準的電池荷電狀態。
 
為了實現SOC功能的更高性能,需要將不同電池的模型存入存儲器,而該存儲器需要具備低功耗,快速讀寫,接口建檔及數據保持時間高達20年以上的要求,SOC功能需要采集卡不停地實時將采集的電池電壓/電流數據存入存儲器,假如一個MCU單元,對接10路單體電池的采集數據,采集數據卡一般會采用1MB的isoSPI總線進行通信,即對於MCU單元的存儲器,接口速率要求高且幾乎每秒中都要進行一次數據寫操作;而電池的壽命要求至少是10年,假如一台車運行時間是8小時,那麽MCU單元的存儲器的數據寫操作在電池包生命周期內的寫次數為1億5百萬次。
 
由此可以看出,BMS對SOC功能的要求性非常關鍵,因此對存儲器的性能及可靠性也是很嚴苛,必須是非易失性的存儲器,擦寫次數至少要超過1.1億次,接口速率大於8MHz,低功耗且數據能夠可靠保存20年的時間,需要符合AECQ-100,未來需要通過功能安全認證,至少具有ASILB等級。
  
目前主流的非易失性的存儲器有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5ms寫等待時間,擦寫次數是1百萬次,功耗中等,有車規級器件,但是目前未做功能安全認證,數據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行擦寫,因此完成一次寫操作至少需要幾百毫秒的時間,擦寫次數也隻能支持10萬次,遠遠低於1.1億次的要求,數據保持能力在10年到20年之間。
 
MRAM(Magnetic Random Access Memory) 是一種非易失性(Non-Volatile)的磁性隨機存儲器。它擁有靜態隨機存儲器(SRAM)的高速讀取寫入能力,以及動態隨機存儲器(DRAM)的高集成度,而且基本上可以無限次地重複寫入。

MRAM 是通過磁性作為存儲介質,其具有高可靠性,數據保持時間為100年,完全隨機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,並且具有非常低的功耗;擦寫次數可以高達100億次。
 
 
MRAM作為一款獨特的非易失性存儲器,無論在寫入速度、耐久性還是在功耗與可靠性方麵,都是目前實現高可靠性BMS係統的最佳存儲器選擇。
 
EverSpin作為全球領先的MRAM核心供應商,提供非常齊全的磁性隨機存儲器MRAM產品,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(100億次讀寫周期),QSPI接口速率高達108Mhz,不需要寫等待時間,工作電流低至0.6mA,是能夠承受125度高溫的汽車級芯片解決方案,並且符合ASIL-B。

本文關鍵詞: EverSpin

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