铁电随机存储器F-RAM在动力电池管理上的应用

本文摘要：随着电动汽车技术的发展，以及政府的政策希望与扶植，电动汽车（混动＋显电动）以每年多达50％的速度高速快速增长，电池以及电池管理系统作为电动汽车的核心组件，其市场需求也取得适当的快速增长。本文将就电池管理系统对存储器的市场需求展开分析电池管理系统（BatteryManagementSystem，即BMS）主要构建三大核心功能：电池充放电状态的预测和计算出来（即SOC）、单体电池的平衡管理，以及电池身体健康状态日志记录与临床。

随着电动汽车技术的发展，以及政府的政策希望与扶植，电动汽车（混动＋显电动）以每年多达50％的速度高速快速增长，电池以及电池管理系统作为电动汽车的核心组件，其市场需求也取得适当的快速增长。本文将就电池管理系统对存储器的市场需求展开分析电池管理系统（BatteryManagementSystem，即BMS）主要构建三大核心功能：电池充放电状态的预测和计算出来（即SOC）、单体电池的平衡管理，以及电池身体健康状态日志记录与临床。功能框图如下：在整个电池管理系统中，电池荷电状态的预测和计算出来（即SOC）是其最重要的功能，因为有了准确的电池电池／静电状态的预测／计算出来，才能展开有效地平衡管理。

所以，SOC精准度的拒绝是越高就越好。为了提升SOC的精准度，除了要收集电池的电压、电流参数，还必须获取诸如电阻、温度、环境温度、充放电时间等多种参数。电池固有参数不会通过数学建模的方式，创建软件模型，而动态参数则通过数据采集卡动态的收集数据，并动态地把数据传输至MCU单元存储，然后MCU对萃取的数据展开算法计算出来，从而得出结论准确的电池荷电状态。

因此，SOC功能不会将有所不同电池的模型现金存储器，该存储器须要具备低功耗、较慢读取、模块非常简单以及数据维持时间超过20年的拒绝；SOC功能必须采集卡不时地动态将收集的电池电压／电流数据现金存储器，假如一个MCU单元，接入10路单体电池的收集数据，收集数据卡一般不会使用1MB的isoSPI总线展开通信，即对于MCU单元的存储器，模块速率拒绝低且完全每秒中都要展开一次数据写出操作者；而电池的寿命拒绝最少是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出操作者在电池包生命周期内的写出次数为1亿5百万次。综上分析可见，BMS里面的SOC功能十分关键，所以其对存储器的性能与可靠性也是十分低：必需所谓不易失性的存储器，擦写次数最少要多达1．1亿次，模块速率小于8MHz，低功耗且数据需要可信留存20年的时间，必须合乎AECQ－100，未来必须通过功能安全性证书，最少具备ASILB等级。

目前主流的非易失性的存储器有EEPROM、Flash以及F－RAM。EEPROM的模块有SPI模块，速率可以做10Mhz，但是每次写出都有一个5ms写出等待时间，擦写次数是1百万次，功耗中等，有车规级器件，但是目前并未做到功能安全性证书，数据维持能力也可以做20年。

Flash的读取速度较快，每次写出操作者都必需展开擦写，因此已完成一次写出操作者最少必须几百毫秒的时间，擦写次数也不能反对10万次，相比之下高于1．1亿次的拒绝，数据维持能力在10年到20年之间。F－RAM是通过铁电这种类似材料作为存储介质，其具备高可靠性，数据维持时间为100年，几乎随机不必须写出等候的高读取效率，SPI模块速率最低可以反对到50Mhz或108MHzQSPI，并且具备非常低的功耗；由于其类似的铁电材质，所以该类型存储器的擦写次数可以高达100亿次。如下图右图：如上图右图，F－RAM作为一款独有的非易失性存储器，无论在载入速度、耐久性还是在功耗与可靠性方面，都是目前构建高可靠性BMS系统的最佳存储器自由选择。

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