隨著電動汽車技術的發展,以及政府的政策鼓勵與扶持,電動汽車(混動+純電動)以每年超過50%的速度高速增長,電池以及電池管理系統作為電動汽車的核心組件,其市場需求也獲得相應的快速增長。本文將就電池管理系統對存儲器的需求進行分析
電池管理系統(Battery Management System, 即BMS)主要實現三大核心功能: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。功能框圖如下:
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。所以,SOC精準度的要求是越高越好。
為了提高SOC的精準度,除了要采集電池的電壓、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。電池固有參數會通過數學建模的方式,建立軟件模型,而動態參數則通過數據采集卡實時的采集數據,并實時地把數據傳輸至MCU單元存儲,然后MCU對提取的數據進行算法計算,從而得出精確的電池荷電狀態。
因此,SOC功能會將不同電池的模型存入存儲器,該存儲器需具有低功耗、快速讀寫、接口簡單以及數據保持時間達到20年的要求;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。
綜上分析可見,BMS里面的SOC功能非常關鍵,所以其對存儲器的性能與可靠性也是非常高: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F-RAM。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。
F-RAM 是通過鐵電這種特殊材料作為存儲介質,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;由于其特殊的鐵電材質,所以該類型存儲器的擦寫次數可以高達100億次。如下圖所示:
如上圖所示,F-RAM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。
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