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EVERSPIN公司MRAM芯片电动汽车电池管理系统的应用

2019-03-29 11:27:58

在国家对电动汽车的积极鼓励及补贴扶持,电动汽车包括混动和纯电动在国内增长的速度是以每年50%的速度再增长,而作为电动汽车的核心组件的电池以及电池管理系统,市场需求也是日渐增长,以下是就电池管理系统对存储器的需求进行分析
 
电池充放电状态的预测和计算(即SOC)、单体电池的均衡管理,以及电池健康状态日志记录与诊断是电池管理系统(Battery Management System, 即BMS)主要实现三大核心功能
 
功能框图如下:
EVERSPIN公司MRAM芯片应用在电动汽车电池管理系统框架图
 
电池荷电状态的预测和计算(即SOC)是整个电池管理系统中最核心的功能,只有在有了精确的电池充电/放电状态的预测/计算,电池管理系统才能进行有效均衡管理,所以对SOC精准度要求极高。
在整个电池管理系统中,电池荷电状态的预测和计算(即SOC)是其最重要的功能,因为有了精确的电池充电/放电状态的预测/计算,才能进行有效均衡管理。因此对SOC精准度的要求是越高越好。
 
通过采集电池的电压、电流参数,还需要提供诸如阻抗、温度、环境温度、充放电时间等多种参数来提高SOC的精准度,电池固有参数是可以通过数学建模的方式,建立软件模型,而电池动态参数需要通过数据采集卡对其实时的采集数据,并实时地将采集到的数据传输到MCU单元存储,再由MCU对提取的数据进行算法计算,从而算出精准的电池荷电状态。
 
为了实现SOC功能的更高性能,需要将不同电池的模型存入存储器,而该存储器需要具备低功耗,快速读写,接口建档及数据保持时间高达20年以上的要求,SOC功能需要采集卡不停地实时将采集的电池电压/电流数据存入存储器,假如一个MCU单元,对接10路单体电池的采集数据,采集数据卡一般会采用1MB的isoSPI总线进行通信,即对于MCU单元的存储器,接口速率要求高且几乎每秒中都要进行一次数据写操作;而电池的寿命要求至少是10年,假如一台车运行时间是8小时,那么MCU单元的存储器的数据写操作在电池包生命周期内的写次数为1亿5百万次。
 
由此可以看出,BMS对SOC功能的要求性非常关键,因此对存储器的性能及可靠性也是很严苛,必须是非易失性的存储器,擦写次数至少要超过1.1亿次,接口速率大于8MHz,低功耗且数据能够可靠保存20年的时间,需要符合AECQ-100,未来需要通过功能安全认证,至少具有ASILB等级。
  
目前主流的非易失性的存储器有EEPROM、 Flash 以及MRAM。EEPROM 的接口有SPI接口,速率可以做到10Mhz,但是每次写都有一个5ms写等待时间,擦写次数是1百万次,功耗中等,有车规级器件,但是目前未做功能安全认证,数据保持能力也可以做到20年。
 
Flash的读写速度较慢,每次写操作都必须进行擦写,因此完成一次写操作至少需要几百毫秒的时间,擦写次数也只能支持10万次,远远低于1.1亿次的要求,数据保持能力在10年到20年之间。
 
MRAM(Magnetic Random Access Memory) 是一种非易失性(Non-Volatile)的磁性随机存储器。它拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力,以及动态随机存储器(DRAM)的高集成度,而且基本上可以无限次地重复写入。

MRAM 是通过磁性作为存储介质,其具有高可靠性,数据保持时间为100年,完全随机不需要写等待的高读写效率,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;擦写次数可以高达100亿次。
 
 
MRAM作为一款独特的非易失性存储器,无论在写入速度、耐久性还是在功耗与可靠性方面,都是目前实现高可靠性BMS系统的最佳存储器选择。
 
EverSpin作为全球领先的MRAM核心供应商,提供非常齐全的磁性随机存储器MRAM产品,容量由256Kb到256Mb,接口为Serial/Parellel/Quad Serial/DDR3/DDR4接口,具有几乎无限次的读写次数(100亿次读写周期),QSPI接口速率高达108Mhz,不需要写等待时间,工作电流低至0.6mA,是能够承受125度高温的汽车级芯片解决方案,并且符合ASIL-B。

本文关键词: EverSpin

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