电池管理系统（即BMS）主要是哪三大核心功能？就电池管理系统对存储器的需求进行分析
来源：宝鄂实业
2019-04-20 16:19
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随着电动汽车技术的发展，以及政府的政策鼓励与扶持，电动汽车（混动＋纯电动）以每年超过50％的速度高速增长，电池以及电池管理系统作为电动汽车的核心组件，其市场需求也获得相应的快速增长。本文将就电池管理系统对存储器的需求进行分析
续航里程是我们关注电动汽车的关键衡量指标之一。续航里程越长，电动汽车也就更实用。传统上，由于电池组体积较大，续航里程较长，而汽车成本更高;但如今每千瓦时成本的下降意味着，配备大电池组的新车与配备小电池组的旧车成本相同。汽车买家必须知道电动汽车是否有足够的续航里程到达他们的办公室、购物中心，或者城市周边地区的亲戚家。换句话说，我们需要一个可靠的电动汽车行驶里程估算，同样，我们需要了解是在什么样的标准下估算的，从而可以得知哪些电动车续航里程有“水分”。
关于电动汽车的里程范围，说得比较多的有WLTP工况，美国EPA工况，欧盟NEDC工况，日本JC08工况(影响汽车续航里程的因素有很多，例如电池的使用状况、交通路况与气候、驾驶习惯以及是否开空调等，这些因素专业术语称之为“工况”)。WLTP为全球统一轻型汽车测试规程，由WLTC循环和测试规程两大部分组成，WLTC测试循环分为低速、中速、高速与超高速四部分;EPA是全球最严格的测试标准，所测试的项目、内容强度和细分标准相当之多;针对纯电续航里程测试，NEDC与EPA的续航测试结果差距在10-15%左右;JC08仅在日本地区，全球的主流测试标准以EPA和NEDC为主。目前国内的工况标准基本上是参考NEDC标准制定。
电池管理系统（BatteryManagementSystem，即BMS）主要实现三大核心功能：电池充放电状态的预测和计算（即SOC）、单体电池的均衡管理，以及电池健康状态日志记录与诊断。
在整个电池管理系统中，电池荷电状态的预测和计算（即SOC）是其最重要的功能，因为有了精确的电池充电／放电状态的预测／计算，才能进行有效均衡管理。所以，SOC精准度的要求是越高越好。
为了提高SOC的精准度，除了要采集电池的电压、电流参数，还需要提供诸如阻抗、温度、环境温度、充放电时间等多种参数。电池固有参数会通过数学建模的方式，建立软件模型，而动态参数则通过数据采集卡实时的采集数据，并实时地把数据传输至MCU单元存储，然后MCU对提取的数据进行算法计算，从而得出精确的电池荷电状态。
因此，SOC功能会将不同电池的模型存入存储器，该存储器需具有低功耗、快速读写、接口简单以及数据保持时间达到20年的要求；SOC功能需要采集卡不停地实时将采集的电池电压／电流数据存入存储器，假如一个MCU单元，对接10路单体电池的采集数据，采集数据卡一般会采用1MB的isoSPI总线进行通信，即对于MCU单元的存储器，接口速率要求高且几乎每秒中都要进行一次数据写操作；而电池的寿命要求至少是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操作在电池包生命周期内的写次数为1亿5百万次。
综上分析可见，BMS里面的SOC功能非常关键，所以其对存储器的性能与可靠性也是非常高：必须是非易失性的存储器，擦写次数至少要超过1．1亿次，接口速率大于8MHz，低功耗且数据能够可靠保存20年的时间，需要符合AECQ－100，未来需要通过功能安全认证，至少具有ASILB等级。
目前主流的非易失性的存储器有EEPROM、Flash以及F－RAM。EEPROM的接口有SPI接口，速率可以做到10Mhz，但是每次写都有一个5ms写等待时间，擦写次数是1百万次，功耗中等，有车规级器件，但是目前未做功能安全认证，数据保持能力也可以做到20年。
Flash的读写速度较慢，每次写操作都必须进行擦写，因此完成一次写操作至少需要几百毫秒的时间，擦写次数也只能支持10万次，远远低于1．1亿次的要求，数据保持能力在10年到20年之间。
F－RAM是通过铁电这种特殊材料作为存储介质，其具有高可靠性，数据保持时间为100年，完全随机不需要写等待的高读写效率，SPI接口速率最高可以支持到50Mhz或108MHzQSPI，并且具有非常低的功耗；由于其特殊的铁电材质，所以该类型存储器的擦写次数可以高达100亿次。
F－RAM作为一款独特的非易失性存储器，无论在写入速度、耐久性还是在功耗与可靠性方面，都是目前实现高可靠性BMS系统的最佳存储器选择。
美国赛普拉斯半导体公司（CypressSemiconductorInc．）作为全球领先的F－RAM核心供应商，提供非常齐全的铁电随机存储器F－RAM产品，容量由4Kb到8Mb，接口为I2C／SPI接口，具有几乎无限次的读写次数（100亿次读写周期），QSPI接口速率高达108Mhz，不需要写等待时间，工作电流低至0．6mA，是能够承受125度高温的汽车级芯片解决方案，并且符合ASIL－B。
续航里程是我们关注电动汽车的关键衡量指标之一。续航里程越长，电动汽车也就更实用。传统上，由于电池组体积较大，续航里程较长，而汽车成本更高;但如今每千瓦时成本的下降意味着，配备大电池组的新车与配备小电池组的旧车成本相同。汽车买家必须知道电动汽车是否有足够的续航里程到达他们的办公室、购物中心，或者城市周边地区的亲戚家。换句话说，我们需要一个可靠的电动汽车行驶里程估算，同样，我们需要了解是在什么样的标准下估算的，从而可以得知哪些电动车续航里程有“水分”。
关于电动汽车的里程范围，说得比较多的有WLTP工况，美国EPA工况，欧盟NEDC工况，日本JC08工况(影响汽车续航里程的因素有很多，例如电池的使用状况、交通路况与气候、驾驶习惯以及是否开空调等，这些因素专业术语称之为“工况”)。WLTP为全球统一轻型汽车测试规程，由WLTC循环和测试规程两大部分组成，WLTC测试循环分为低速、中速、高速与超高速四部分;EPA是全球最严格的测试标准，所测试的项目、内容强度和细分标准相当之多;针对纯电续航里程测试，NEDC与EPA的续航测试结果差距在10-15%左右;JC08仅在日本地区，全球的主流测试标准以EPA和NEDC为主。目前国内的工况标准基本上是参考NEDC标准制定。
电池管理系统（BatteryManagementSystem，即BMS）主要实现三大核心功能：电池充放电状态的预测和计算（即SOC）、单体电池的均衡管理，以及电池健康状态日志记录与诊断。
在整个电池管理系统中，电池荷电状态的预测和计算（即SOC）是其最重要的功能，因为有了精确的电池充电／放电状态的预测／计算，才能进行有效均衡管理。所以，SOC精准度的要求是越高越好。
为了提高SOC的精准度，除了要采集电池的电压、电流参数，还需要提供诸如阻抗、温度、环境温度、充放电时间等多种参数。电池固有参数会通过数学建模的方式，建立软件模型，而动态参数则通过数据采集卡实时的采集数据，并实时地把数据传输至MCU单元存储，然后MCU对提取的数据进行算法计算，从而得出精确的电池荷电状态。
因此，SOC功能会将不同电池的模型存入存储器，该存储器需具有低功耗、快速读写、接口简单以及数据保持时间达到20年的要求；SOC功能需要采集卡不停地实时将采集的电池电压／电流数据存入存储器，假如一个MCU单元，对接10路单体电池的采集数据，采集数据卡一般会采用1MB的isoSPI总线进行通信，即对于MCU单元的存储器，接口速率要求高且几乎每秒中都要进行一次数据写操作；而电池的寿命要求至少是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操作在电池包生命周期内的写次数为1亿5百万次。
综上分析可见，BMS里面的SOC功能非常关键，所以其对存储器的性能与可靠性也是非常高：必须是非易失性的存储器，擦写次数至少要超过1．1亿次，接口速率大于8MHz，低功耗且数据能够可靠保存20年的时间，需要符合AECQ－100，未来需要通过功能安全认证，至少具有ASILB等级。
目前主流的非易失性的存储器有EEPROM、Flash以及F－RAM。EEPROM的接口有SPI接口，速率可以做到10Mhz，但是每次写都有一个5ms写等待时间，擦写次数是1百万次，功耗中等，有车规级器件，但是目前未做功能安全认证，数据保持能力也可以做到20年。
Flash的读写速度较慢，每次写操作都必须进行擦写，因此完成一次写操作至少需要几百毫秒的时间，擦写次数也只能支持10万次，远远低于1．1亿次的要求，数据保持能力在10年到20年之间。
F－RAM是通过铁电这种特殊材料作为存储介质，其具有高可靠性，数据保持时间为100年，完全随机不需要写等待的高读写效率，SPI接口速率最高可以支持到50Mhz或108MHzQSPI，并且具有非常低的功耗；由于其特殊的铁电材质，所以该类型存储器的擦写次数可以高达100亿次。
F－RAM作为一款独特的非易失性存储器，无论在写入速度、耐久性还是在功耗与可靠性方面，都是目前实现高可靠性BMS系统的最佳存储器选择。
美国赛普拉斯半导体公司（CypressSemiconductorInc．）作为全球领先的F－RAM核心供应商，提供非常齐全的铁电随机存储器F－RAM产品，容量由4Kb到8Mb，接口为I2C／SPI接口，具有几乎无限次的读写次数（100亿次读写周期），QSPI接口速率高达108Mhz，不需要写等待时间，工作电流低至0．6mA，是能够承受125度高温的汽车级芯片解决方案，并且符合ASIL－B。
