直面新能源汽车存储痛点 CEVC环珠三角站正式落幕

admin 2024-11-03 21:13:47 举报

不久前，国务院办公厅发布了《新能源汽车产业发展规划（20212035年）》，明确了在多个领域对新能源汽车产业链的鼓励和支持，显示出非常积极的信号：之后，国内新能源汽车的发展方向将覆盖整个产业链、整个场景，向能源多元化发展。可以说，新能源汽车不仅是全球汽车产业转型升级和绿色发展的主要方向，也是中国汽车产业高质量发展的战略选择。

预计2038年新能源汽车销量将超过燃油汽车销量

自从国家补贴从去年开始大幅下降以来，新能源汽车市场经历了从去年下半年到今年上半年的下降和巩固，也开始进入更健康、更良性的产品和市场驱动阶段。提高新能源汽车的核心技术是我们与发达国家品牌竞争的必要条件。富士通电子元件(上海)有限公司产品管理部主任冯宜欣在最近的一次活动中表示。如何强化新能源汽车核心技术？作为高性能非易失性存储器的全球领导者，富士通半导体的f-ram产品(以下简称FRAM)专注于车载应用的安全性。自2017年以来，通过扩大工作温度范围(-40 ~ 125)和进一步提高产品可靠性，一些适合车载应用的FRAM产品已成功进入许多一级和二级汽车制造商的供应链。

直面新能源汽车存储的痛点

近年来，中国新能源汽车产业发展迅速，成为汽车产业的重要增长点。根据2018年新能源汽车销售统计，有11个品牌来自中国。新能源汽车销量的快速增长自然带动了相关汽车电子产业链的发展。由于采用电驱动，新能源汽车的结构与传统燃油汽车不同。动力电池、电池管理系统(BMS)和车辆控制单元(VCU)三大系统已成为车辆的核心功能部件，汽车电子成本相对于车辆价值的比重进一步提高。

2018年新能源汽车销售统计

我们相信，高性能内存FRAM将是提高这些核心技术的关键组成部分。无论是BMS还是VCU，这些系统都需要实时、连续地监控、记录和分析当前状态信息。冯宜欣表示，因此，有必要提高内存性能和耐用性设计。只有非易失性、高速、高读写耐久性的汽车级存储器FRAM才能满足可靠性和无延迟的要求。

BMS和VCU是新能源汽车的核心技术

BMS是车载动力电池与电动汽车之间的重要纽带，其主要功能包括：实时监测电池物理参数；电池状态估计；在线诊断和预警；充电、放电和预充电控制；平衡管理和热量管理；等等。举一个简单的例子，电池单元的电容量通常保持在30%至75%之间，这表明正常运行。如有不平衡，需要其他单位补充。此时，系统需要检测和记录电池单元的电容量、温度、电压、电流等数据，单次监测和记录的时间间隔不能太长。这意味着BMS记录和写入数据的频率与BMS一样高，这需要对非易失性存储器进行大量写入。冯宜欣说。

FRAM在电池管理系统中的应用

同时，在实际工作中，BMS系统不仅会以每秒或每0.1秒的频率记录电池单元的电压、温度、电流等电流数据，还会监控电池的短期(最后几个充电周期)和长期(整个使用寿命)状态，这对于电池使用寿命的最大化非常重要。鉴于这些独特的要求，还需要提高内存性能和耐用性设计。因此，非挥发性，高耐久性，高速FRAM是理想的选择。目前，一些中国客户已经开始采用富士通、富士通、富士通和富士通的FRAM。冯宜欣透露。

同样，VCU系统需要以每秒一次的速度记录汽车当前的行驶状态和变速器档位、加速情况、制动和输出扭矩，而FRAM则可以通过更简单的软件存储和读取，同时保证高速度和高可靠性。到目前为止，富士通已经在VCU新能源汽车系统和中国的低速滑板车中得到应用。冯宜欣介绍，同时，今年5月，富士通推出最新的车标产品，在-40C到125C的温度范围内可以达到10万亿次的读/写，非常适合需要实时数据记录的应用(比如连续10年每0.1秒记录一次数据，写入次数将超过30亿次)，可以说具有极高的数据写入持久性和可靠性。

为自动驾驶建立强大的后盾

随着汽车智能化的发展，越来越多的车辆配备了自动驾驶技术。根据前瞻技术研究院的数据，2019年国内自主驾驶市场为1125亿元，预计到2023年达到2381亿元，复合年增长率为20%。对于各大车企来说，作为一个新生事物，新能源和自动驾驶可以说是同时启动的。与传统燃油车辆相比，其更简单的电子控制系统和车辆结构显示出高度的适应性。目前，许多刚刚上市的新能源汽车已经达到L2自动驾驶水平。其实自动驾驶，或者说ADAS(高级驾驶员辅助系统)的本质就是汽车与环境的对话，通过传感器数据采集、记忆数据记录、处理器数据计算、反馈等过程来实现。所有这些过程都需要在很短的时间内完成。除了高速，关键的可靠性一定要保证！谈及自动驾驶技术时，冯宜欣说。

自动驾驶的三大核心技术

ADAS是无人驾驶的前奏，是现阶段市场的核心。在无人驾驶继续抢占头条的时候，先进的驾驶员辅助系统ADAS悄然掀起了变革浪潮，从根本上改变了传统汽车的控制模式和用户体验。由于自动驾驶的冗余性和容错性，高阶自动驾驶需要更多的传感器。冯宜欣指出，ADAS的所有子系统，如传感器、摄像头、CAN通信、车辆HMI等。必须实时、连续地存储当前状态信息，以便进行实时监控、记录、分析或处理。在如此严格的规范下，FRAM存储器具有非易失性、高速写入和高写入耐久性

器正好满足自动驾驶所要求的可靠性和无迟延的要求！因此，随着ADAS技术愈发成熟，FRAM在该领域的机会也越来越大。

以人工智能决策平台中的智能气囊应用为例，气囊作为大部分汽车的必备配置，对驾乘人员的人身安全起着极大的保障作用。针对智能气囊来说，系统要在气囊被激活驱动后，连续记录气囊是否正常动作以及气囊的动作履历数据，最终将这些数据作为法律依据，来处理事故，追究原因和责任；另外系统还需要实时监控和连续记录空座位信息和乘客的体重，以确保准确，及时启动气囊。这些要求使FRAM成为理想的选择。目前的continental已经在他们的智慧气囊中采用了FRAM，同样在中国一些客户也已经采用了16Kbit的串口FRAM。冯逸新透露。

FRAM在智慧气囊中的应用

此外，在ADAS细分领域的胎压监测（TPMS）应用中，富士通业已迈出抢占车载应用市场的第一步。据透露，富士通FRAM存储器已经被倍耐力（Pirelli）轮胎率先采用，应用于其所生产机动车轮胎的TPMS系统中，以实现可靠的低功耗、高速写入以及高耐久的数据处理功能。倍耐力是世界上享有盛名的轮胎公司之一，具有100多年历史的倍耐力轮胎本身已成为轮胎业可靠质量与优异性能的代名词！对此，冯逸新谈到：TPMS要对轮胎的压力进行实时和连续监测，如有充气不足，立即发出警报。胎压监测安装在高温，高压的苛刻环境中，电池不易更换，为了延长电池寿命，使用低功耗存储器是必要条件。这些要求使FRAM成为胎压监测的理想选择。

成本大比拼，FRAM真的贵吗？

尽管FRAM比传统的Flash、EEPROM在读写耐久性、写入的速度和功耗等方面都更具有优势，但其同样有着成本较高、容量不高的不足。一般而言，某些制造商可能由于成本的因素不选用FRAM，而选用EEPROM代替，但其实未必真的能节约成本。冯逸新解释道，他们往往没有意识到FRAM与EEPROM的工作方式存在很大差异。

FRAM相较EEPROM具有更优秀的耐久性

如上图所示，FRAM的写入次数约为EEPROM的107倍，这表示在同样的写入次数需求下后者需要的整体容量要大得多。假设FRAM是4KB容量，虽然小，却允许在整块存储器的同一区域中重复地写入1013次数据。相反EEPROM容量可以远比4KB大，但受写入次数的限制（仅106次），如果整块存储器中A区域达到写入次数限制后，A区域的数据稳定写入将得不到保证，需另外换一个B区域重新写；那么新旧区域的更换过程就需要WearLeveling（损耗均衡技术）来控制，这在无形中增加了软件配置成本。

再者，FRAM写入速度约为EEPROM的3万倍，在断电等特殊情况发生时，前者能够在极短时间内（0．00015ms左右）写入数据并保存，而后者为了保证断电瞬间仍能记录数据，就常常需要选用超级电容在电路中补电，这又是一笔成本的开销。而且，为了预留充足的写入次数，特别像BMS这样频繁记录数据的应用中，EEPROM的容量需求越大，成本也就水涨船高。换言之，EEPROM的成本就相当于自身容量＋电容＋软件，这样跟FRAM对比就并没有太大成本优势了。

采用EEPROM的Carinfotainment

此外，FRAM不仅能够进行高速写入，同样也能够实现高速擦除。对此，低功耗和高速的FRAM可以利用小型电池电源，瞬间消去重要数据，从而确保用户的信息安全。这时，FRAM仅需0．1mA的工作电流，就能够在0．3ms的时间内擦除256bit的数据，相比EEPROM拥有显著的优势。

FRAM、EEPROM、FLASH工作电流与消去时间对比

总结

因为中国汽车市场起步较晚，在欧美日韩等相对成熟的汽车市场，汽车品牌已经比较集中，可能只有三四家，而在中国市场，仍然可以看到上百家的汽车品牌商，需求各异。中国企业若想将对手打败或者说尽量站在同样的位置，就需要跟国际车规级标准看齐，选用更好质量的、更可靠的电子元器件，来设计制造更先进的产品。冯逸新表示，通过采用富士通FRAM，车企将再无关键数据存储的后顾之忧！