EVERSPIN公司MRAM芯片電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用

在國家對(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)在國內(nèi)增長的速度是以每年50%的速度再增長，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，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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