EVERSPIN公司MRAM芯片電動汽車電池管理系統的應用

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系統，市場需求也是日漸增長，以下是就電池管理系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志記錄與診斷是電池管理系統（Battery Management System, 即BMS）主要實現三大核心功能
 
功能框圖如下：

 
電池荷電狀態的預測和計算（即SOC）是整個電池管理系統中最核心的功能，只有在有了精確的電池充電/放電狀態的預測/計算，電池管理系統才能進行有效均衡管理，所以對SOC精準度要求極高。
在整個電池管理系統中，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，并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，即對于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，假如一臺車運行時間是8小時，那么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，接口速率大于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，擦寫次數也只能支持10萬次，遠遠低于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復寫入。

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，并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面，都是目前實現高可靠性BMS系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，并且符合ASIL-B。

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