EVERSPIN公司MRAM芯片電動汽車電池管理(lǐ)系統的(de)應用(yòng)

時(shí)間:2019-3-29 分(fēn)享到:

在國家對(duì)電動汽車的(de)積極鼓勵及補貼扶持,電動汽車包括混動和(hé)純電動在國内增長(cháng)的(de)速度是以每年50%的(de)速度再增長(cháng),而作爲電動汽車的(de)核心組件的(de)電池以及電池管理(lǐ)系統,市場(chǎng)需求也(yě)是日漸增長(cháng),以下(xià)是就電池管理(lǐ)系統對(duì)存儲器的(de)需求進行分(fēn)析

 

電池充放電狀态的(de)預測和(hé)計算(suàn)(即SOC)、單體電池的(de)均衡管理(lǐ),以及電池健康狀态日志記錄與診斷電池管理(lǐ)系統(Battery Management System, BMS)主要實現三大(dà)核心功能

 

功能框圖如下(xià):

 

 EVERSPIN公司MRAM芯片电动汽车电池管理系统的应用 

 

電池荷電狀态的(de)預測和(hé)計算(suàn)(即SOC是整個(gè)電池管理(lǐ)系統中最核心的(de)功能,隻有在有了(le)精确的(de)電池充電/放電狀态的(de)預測/計算(suàn),電池管理(lǐ)系統才能進行有效均衡管理(lǐ),所以對(duì)SOC精準度要求極高(gāo)。

在整個(gè)電池管理(lǐ)系統中,電池荷電狀态的(de)預測和(hé)計算(suàn)(即SOC)是其最重要的(de)功能,因爲有了(le)精确的(de)電池充電/放電狀态的(de)預測/計算(suàn),才能進行有效均衡管理(lǐ)。因此對(duì)SOC精準度的(de)要求是越高(gāo)越好。

 

通(tōng)過采集電池的(de)電壓、電流參數,還(hái)需要提供諸如阻抗、溫度、環境溫度、充放電時(shí)間等多(duō)種參數來(lái)提高(gāo)SOC的(de)精準度,電池固有參數是可(kě)以通(tōng)過數學建模的(de)方式,建立軟件模型,而電池動态參數需要通(tōng)過數據采集卡對(duì)其實時(shí)的(de)采集數據,并實時(shí)地将采集到的(de)數據傳輸到MCU單元存儲,再由MCU對(duì)提取的(de)數據進行算(suàn)法計算(suàn),從而算(suàn)出精準的(de)電池荷電狀态。

 

爲了(le)實現SOC功能的(de)更高(gāo)性能,需要将不同電池的(de)模型存入存儲器,而該存儲器需要具備低功耗,快(kuài)速讀寫,接口建檔及數據保持時(shí)間高(gāo)達20年以上的(de)要求,SOC功能需要采集卡不停地實時(shí)将采集的(de)電池電壓/電流數據存入存儲器,假如一個(gè)MCU單元,對(duì)接10路單體電池的(de)采集數據,采集數據卡一般會采用(yòng)1MB的(de)isoSPI總線進行通(tōng)信,即對(duì)于MCU單元的(de)存儲器,接口速率要求高(gāo)且幾乎每秒中都要進行一次數據寫操作;而電池的(de)壽命要求至少是10年,假如一台車運行時(shí)間是8小時(shí),那麽MCU單元的(de)存儲器的(de)數據寫操作在電池包生命周期内的(de)寫次數爲15百萬次。

 

由此可(kě)以看出,BMS對(duì)SOC功能的(de)要求性非常關鍵,因此對(duì)存儲器的(de)性能及可(kě)靠性也(yě)是很嚴苛,必須是非易失性的(de)存儲器,擦寫次數至少要超過1.1億次,接口速率大(dà)于8MHz,低功耗且數據能夠可(kě)靠保存20年的(de)時(shí)間,需要符合AECQ-100,未來(lái)需要通(tōng)過功能安全認證,至少具有ASILB等級。

  

目前主流的(de)非易失性的(de)存儲器有EEPROMFlash 以及MRAMEEPROM 的(de)接口有SPI接口,速率可(kě)以做(zuò)到10Mhz,但是每次寫都有一個(gè)5ms寫等待時(shí)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(zuò)功能安全認證,數據保持能力也(yě)可(kě)以做(zuò)到20年。

 

Flash的(de)讀寫速度較慢(màn),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(de)時(shí)間,擦寫次數也(yě)隻能支持10萬次,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1.1億次的(de)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(de)磁性随機存儲器。它擁有靜态随機存儲器(SRAM)的(de)高(gāo)速讀取寫入能力,以及動态随機存儲器(DRAM)的(de)高(gāo)集成度,而且基本上可(kě)以無限次地重複寫入。


MRAM 是通(tōng)過磁性作爲存儲介質,其具有高(gāo)可(kě)靠性,數據保持時(shí)間爲100年,完全随機不需要寫等待的(de)高(gāo)讀寫效率,SPI接口速率最高(gāo)可(kě)以支持到50Mhz108MHz QSPI,并且具有非常低的(de)功耗;擦寫次數可(kě)以高(gāo)達100億次。

 

MRAM作爲一款獨特的(de)非易失性存儲器,無論在寫入速度、耐久性還(hái)是在功耗與可(kě)靠性方面,都是目前實現高(gāo)可(kě)靠性BMS系統的(de)最佳存儲器選擇。

 

EverSpin作爲全球領先的(de)MRAM核心供應商,提供非常齊全的(de)磁性随機存儲器MRAM産品,容量由256Kb256Mb,接口爲Serial/Parellel/Quad Serial/DDR3/DDR4接口,具有幾乎無限次的(de)讀寫次數(100億次讀寫周期),QSPI接口速率高(gāo)達108Mhz,不需要寫等待時(shí)間,工作電流低至0.6mA,是能夠承受

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