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    解除車企高質量發展“后顧之憂”,打造車載電子系統創新存儲解決方案

    發布時間:2020-11-26 來源:中國自動化網 類型:解決方案 人瀏覽
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    關鍵字:

    新能源汽車 電池管理系統

    導讀:

    新能源汽車銷量的快速增長自然帶動了相關汽車電子產業鏈的發展,由于采用電力驅動,新能源汽車的結構有別于傳統的燃油汽車,動力電池、電池管理系統(BMS)、整車控制單元(VCU)三大系統成為汽車的核心功能部件,汽車電子成本相比于整車價值的占比也進一步提升。

      前不久,國務院辦公廳印發《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035年)》明確了對新能源汽車產業鏈多領域的鼓勵支持,展示出一個非常積極的信號:此后國內新能源汽車的發展方向將覆蓋全產業鏈、全場景并向能源的多元化發展??梢哉f,新能源汽車既是全球汽車產業轉型升級、綠色發展的主要方向,也是我國汽車產業高質量發展的戰略選擇。


    新能源汽車,電池管理系統

    Bloomberg預測,2038年新能源汽車的銷量將超過燃油汽車銷量

      自國家補貼從去年開始大幅退坡之后,新能源車市場經過了去年下半年到和今年上半年的下滑和盤整,也開始進入到更為健康和良性的產品和市場驅動的階段?!疤岣咝履茉雌嚭诵募夹g,是我們與發達國家品牌抗衡的必要條件?!备皇客娮釉骷?上海)有限公司產品管理部總監馮逸新在近日的一次活動中表示。如何加強新能源汽車核心技術?作為全球高性能非易失性存儲器領導廠商,富士通半導體的鐵電隨機存儲器產品(以下簡稱FRAM)針對車載應用首重安全性的考量,其自2017年開始先后推出的多款適用于車載應用的FRAM產品通過擴大運行溫度范圍(零下40度~125℃)及進一步提高產品可靠性等多種手段,目前已成功打入眾多Tier-1、Tier-2整車廠的供應鏈。

      直面新能源汽車存儲痛點

      近年來,我國新能源汽車產業發展迅速,成為汽車產業的重要增長點,據2018年新能源車銷量統計顯示,TOP20中有11個品牌來自中國。新能源汽車銷量的快速增長自然帶動了相關汽車電子產業鏈的發展,由于采用電力驅動,新能源汽車的結構有別于傳統的燃油汽車,動力電池、電池管理系統(BMS)、整車控制單元(VCU)三大系統成為汽車的核心功能部件,汽車電子成本相比于整車價值的占比也進一步提升。


    新能源汽車,電池管理系統

    2018年新能源汽車銷量統計

      “我們認為高性能存儲器FRAM將是提高這些核心技術的關鍵元件。無論是BMS,還是VCU,這些系統都需要實時和連續地對當前狀態信息進行監控,記錄和分析處理?!瘪T逸新表示,“因此,需要提高存儲器性能和耐久性設計。只有非易失性、高速、高讀寫耐久性的車規級的存儲器FRAM才可以滿足所要求的可靠性和無遲延的要求?!?br />


    新能源汽車,電池管理系統

    BMS和VCU是新能源汽車的核心技術

      BMS是連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶,其主要功能包括:電池物理參數實時監測;電池狀態估計;在線診斷與預警;充、放電與預充控制;均衡管理和熱管理;等等?!芭e個簡單的例子,電池單元電量一般維持在30%~75%之間表示正常運作,如有不均衡的情況需從別的單元補充過來,這時系統需要檢測記錄電池單元的電量、溫度、電壓、電流等等數據,而且單次監測記錄的時間不能間隔太長。這也就意味著,BMS的數據記錄與寫入同樣非常頻繁,對非易失性存儲器的寫入次數要求比較高?!瘪T逸新說到。


    新能源汽車,電池管理系統

    FRAM在電池管理系統BMS中的應用

      同時在實際工作中,BMS系統不僅會以每秒或每0.1秒的頻率去記錄電池單元的電壓,溫度和電流等當前數據,而且要監控電池的短期(最后幾個充電周期)和長期(整個使用壽命)的狀態,這對最大程度延長電池使用壽命至關重要?!搬槍@些獨特要求,還需要提高存儲器性能和耐久性設計。因此非易失性,高耐久性,高速的車規級FRAM是BMS的理想選擇。目前已經有一些中國的客戶開始采用富士通3V SPI 128Kbit,256Kbit,2Mbit和5V SPI 64Kbit的FRAM?!榜T逸新透露。

      與之相似,VCU系統則需要以每秒一次的速度去記錄汽車行駛的當前狀態以及發生故障時的變速器擋位、加速狀況、剎車和輸出扭矩等信息,而采用FRAM可以通過更簡單的軟件進行存儲與讀取,同時保證高速和高可靠性?!敖刂聊壳?,中國的新能源汽車和低速代步車VCU系統已經開始使用富士通64Kbit SPI FRAM?!瘪T逸新介紹,“同時,今年5月富士通最新推出了車規級產品MB85RS2MLY,可在-40°C至+125°C溫度范圍內達到10兆次讀/寫次數,非常適合需要實時數據記錄的應用(比如連續10年每天每0.1秒記錄一次數據,則寫入次數將超過30億),可謂具有極高的數據寫入耐久性和可靠性?!?br />
      筑造自動駕駛的堅固后盾

      隨著汽車智能化的發展,越來越多的車輛搭載了自動駕駛技術。據前瞻技術研究院的數據顯示,2019年國內自動駕駛市場規模為1125億元,預計至2023年可達2381億元,年復合增長率達到20%。對于各大車企來說,作為新生事物的新能源和自動駕駛可以說是同一時間起步,其較傳統燃油汽車更加簡單的電控系統與整車架構都展現了這個組合極高的契合度,目前很多剛上市的新款新能源汽車都已經達到了L2自動駕駛級別?!笆聦嵣?,自動駕駛、或者說ADAS(高級駕駛輔助系統)的本質是汽車與環境的對話,通過傳感器采集數據、存儲器記錄數據、處理器運算數據以及反饋等過程實現。而這些過程都需在極短的時間內完成,除了高速以外,關鍵中的關鍵——可靠性必須保證!”在談到自動駕駛技術時馮逸新表示。


    新能源汽車,電池管理系統

    自動駕駛的三大核心技術

      ADAS是無人駕駛的前奏,也是現階段市場的核心所在。當無人駕駛持續不斷搶占頭條時,高級駕駛輔助系統ADAS悄悄地掀起了一股變革浪潮,從根本上改變著傳統汽車的操控方式和用戶體驗。自動駕駛的冗余度和容錯性特性,要求越是高階的自動駕駛需要越多的傳感器。馮逸新指出:“ADAS的所有子系統,如傳感器、攝像機、CAN通信、車載HMI等必須實時和持續地存儲當前狀態信息進行實時監控、記錄、分析或處理。在如此嚴苛的規范下,具備非易失性、高速寫入以及高度寫耐久性的FRAM存儲器正好滿足自動駕駛所要求的可靠性和無遲延的要求!因此,隨著ADAS技術愈發成熟,FRAM在該領域的機會也越來越大?!?br />
      以人工智能決策平臺中的智能氣囊應用為例,氣囊作為大部分汽車的必備配置,對駕乘人員的人身安全起著極大的保障作用。針對智能氣囊來說,系統要在氣囊被激活驅動后,連續記錄氣囊是否正常動作以及氣囊的動作履歷數據,最終將這些數據作為法律依據,來處理事故,追究原因和責任;另外系統還需要實時監控和連續記錄空座位信息和乘客的體重,以確保準確,及時啟動氣囊?!斑@些要求使FRAM成為理想的選擇。目前Tier1的continental已經在他們的智慧氣囊中采用了FRAM,同樣在中國一些客戶也已經采用了16Kbit的串口FRAM?!瘪T逸新透露。


    新能源汽車,電池管理系統

    FRAM在智慧氣囊中的應用

      此外,在ADAS細分領域的胎壓監測(TPMS)應用中,富士通業已邁出搶占車載應用市場的第一步。據透露,富士通FRAM存儲器已經被倍耐力(Pirelli)輪胎率先采用,應用于其所生產機動車輪胎的TPMS系統中,以實現可靠的低功耗、高速寫入以及高耐久的數據處理功能。倍耐力是世界上享有盛名的輪胎公司之一,具有100多年歷史的倍耐力輪胎本身已成為輪胎業“可靠質量”與“優異性能”的代名詞!對此,馮逸新談到:“TPMS要對輪胎的壓力進行實時和連續監測,如有充氣不足,立即發出警報。胎壓監測安裝在高溫,高壓的苛刻環境中,電池不易更換,為了延長電池壽命,使用低功耗存儲器是必要條件。這些要求使FRAM成為胎壓監測的理想選擇?!?br />
     成本大比拼,FRAM真的貴嗎?

      盡管FRAM比傳統的Flash、EEPROM在讀寫耐久性、寫入的速度和功耗等方面都更具有優勢,但其同樣有著成本較高、容量不高的不足?!耙话愣?,某些制造商可能由于成本的因素不選用FRAM,而選用EEPROM代替,但其實未必真的能節約成本?!瘪T逸新解釋道,“他們往往沒有意識到FRAM與EEPROM的工作方式存在很大差異?!?br />


    新能源汽車,電池管理系統

    FRAM相較EEPROM具有更優秀的耐久性

      如上圖所示,FRAM的寫入次數約為EEPROM的107倍,這表示在同樣的寫入次數需求下后者需要的整體容量要大得多。假設FRAM是4KB容量,雖然小,卻允許在整塊存儲器的同一區域中重復地寫入1013次數據。相反EEPROM容量可以遠比4KB大,但受寫入次數的限制(僅106次),如果整塊存儲器中A區域達到寫入次數限制后,A區域的數據穩定寫入將得不到保證,需另外換一個B區域重新寫;那么新舊區域的更換過程就需要Wear Leveling(損耗均衡技術)來控制,這在無形中增加了軟件配置成本。

      再者,FRAM寫入速度約為EEPROM的3萬倍,在斷電等特殊情況發生時,前者能夠在極短時間內(0.00015ms左右)寫入數據并保存,而后者為了保證斷電瞬間仍能記錄數據,就常常需要選用超級電容在電路中“補電”,這又是一筆成本的開銷。而且,為了預留充足的寫入次數,特別像BMS這樣頻繁記錄數據的應用中,EEPROM的容量需求越大,成本也就水漲船高。換言之,EEPROM的成本就相當于自身容量+電容+軟件,這樣跟FRAM對比就并沒有太大成本優勢了。


    新能源汽車,電池管理系統

    采用EEPROM的Car infotainment

      此外,FRAM不僅能夠進行高速寫入,同樣也能夠實現高速擦除。對此,低功耗和高速的FRAM可以利用小型電池電源,瞬間消去重要數據,從而確保用戶的信息安全。這時,FRAM僅需0.1mA的工作電流,就能夠在0.3ms的時間內擦除256bit的數據,相比EEPROM擁有顯著的優勢。


    新能源汽車,電池管理系統

    FRAM、EEPROM、FLASH工作電流與消去時間對比

      總結

      因為中國汽車市場起步較晚,在歐美日韓等相對成熟的汽車市場,汽車品牌已經比較集中,可能只有三四家,而在中國市場,仍然可以看到上百家的汽車品牌商,需求各異?!爸袊髽I若想將對手打敗或者說盡量站在同樣的位置,就需要跟國際車規級標準看齊,選用更好質量的、更可靠的電子元器件,來設計制造更先進的產品?!榜T逸新表示,”通過采用富士通FRAM,車企將再無關鍵數據存儲的后顧之憂!“

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