Bloomberg預測，2038年新能源汽車(chē)的銷(xiāo)量將超過(guò)燃油汽車(chē)銷(xiāo)量

 

自國家補貼從去年開(kāi)始大幅退坡之后，新能源車(chē)市場(chǎng)經(jīng)過(guò)了去年下半年到和今年上半年的下滑和盤(pán)整，也開(kāi)始進(jìn)入到更為健康和良性的產(chǎn)品和市場(chǎng)驅動(dòng)的階段。“提高新能源汽車(chē)核心技術(shù)，是我們與發(fā)達國家品牌抗衡的必要條件。”富士通電子元器件(上海)有限公司產(chǎn)品管理部總監馮逸新在近日的一次活動(dòng)中表示。如何加強新能源汽車(chē)核心技術(shù)？作為全球高性能非易失性存儲器領(lǐng)導廠(chǎng)商，富士通半導體的鐵電隨機存儲器產(chǎn)品(以下簡(jiǎn)稱(chēng)FRAM)針對車(chē)載應用首重安全性的考量，其自2017年開(kāi)始先后推出的多款適用于車(chē)載應用的FRAM產(chǎn)品通過(guò)擴大運行溫度范圍（零下40度~125℃）及進(jìn)一步提高產(chǎn)品可靠性等多種手段，目前已成功打入眾多Tier-1、Tier-2整車(chē)廠(chǎng)的供應鏈。

 

直面新能源汽車(chē)存儲痛點(diǎn)

 

近年來(lái)，我國新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的重要增長(cháng)點(diǎn)，據2018年新能源車(chē)銷(xiāo)量統計顯示，TOP20中有11個(gè)品牌來(lái)自中國。新能源汽車(chē)銷(xiāo)量的快速增長(cháng)自然帶動(dòng)了相關(guān)汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，由于采用電力驅動(dòng)，新能源汽車(chē)的結構有別于傳統的燃油汽車(chē)，動(dòng)力電池、電池管理系統（BMS）、整車(chē)控制單元（VCU）三大系統成為汽車(chē)的核心功能部件，汽車(chē)電子成本相比于整車(chē)價(jià)值的占比也進(jìn)一步提升。

 

2018年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量統計

 

“我們認為高性能存儲器FRAM將是提高這些核心技術(shù)的關(guān)鍵元件。無(wú)論是BMS，還是VCU，這些系統都需要實(shí)時(shí)和連續地對當前狀態(tài)信息進(jìn)行監控，記錄和分析處理。”馮逸新表示，“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(xiě)耐久性的車(chē)規級的存儲器FRAM才可以滿(mǎn)足所要求的可靠性和無(wú)遲延的要求。”

 

BMS和VCU是新能源汽車(chē)的核心技術(shù)

 

BMS是連接車(chē)載動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車(chē)的重要紐帶，其主要功能包括：電池物理參數實(shí)時(shí)監測；電池狀態(tài)估計；在線(xiàn)診斷與預警；充、放電與預充控制；均衡管理和熱管理；等等。“舉個(gè)簡(jiǎn)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(guò)來(lái)，這時(shí)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(shí)間不能間隔太長(cháng)。這也就意味著(zhù)，BMS的數據記錄與寫(xiě)入同樣非常頻繁，對非易失性存儲器的寫(xiě)入次數要求比較高。”馮逸新說(shuō)到。

 

FRAM在電池管理系統BMS中的應用

 

同時(shí)在實(shí)際工作中，BMS系統不僅會(huì )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(gè)充電周期）和長(cháng)期（整個(gè)使用壽命）的狀態(tài)，這對最大程度延長(cháng)電池使用壽命至關(guān)重要。“針對這些獨特要求，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(chē)規級FRAM是BMS的理想選擇。目前已經(jīng)有一些中國的客戶(hù)開(kāi)始采用富士通3V SPI 128Kbit，256Kbit，2Mbit 和 5V SPI 64Kbit的FRAM。“馮逸新透露。

 

與之相似，VCU系統則需要以每秒一次的速度去記錄汽車(chē)行駛的當前狀態(tài)以及發(fā)生故障時(shí)的變速器擋位、加速狀況、剎車(chē)和輸出扭矩等信息，而采用FRAM可以通過(guò)更簡(jiǎn)單的軟件進(jìn)行存儲與讀取，同時(shí)保證高速和高可靠性。“截至目前，中國的新能源汽車(chē)和低速代步車(chē)VCU系統已經(jīng)開(kāi)始使用富士通64Kbit SPI FRAM。”馮逸新介紹，“同時(shí)，今年5月富士通最新推出了車(chē)規級產(chǎn)品MB85RS2MLY，可在-40°C至+125°C溫度范圍內達到10兆次讀/寫(xiě)次數，非常適合需要實(shí)時(shí)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(xiě)入次數將超過(guò)30億），可謂具有極高的數據寫(xiě)入耐久性和可靠性。“

 

筑造自動(dòng)駕駛的堅固后盾

 

隨著(zhù)汽車(chē)智能化的發(fā)展，越來(lái)越多的車(chē)輛搭載了自動(dòng)駕駛技術(shù)。據前瞻技術(shù)研究院的數據顯示，2019 年國內自動(dòng)駕駛市場(chǎng)規模為 1125 億元，預計至 2023 年可達 2381 億元，年復合增長(cháng)率達到 20%。對于各大車(chē)企來(lái)說(shuō)，作為新生事物的新能源和自動(dòng)駕駛可以說(shuō)是同一時(shí)間起步，其較傳統燃油汽車(chē)更加簡(jiǎn)單的電控系統與整車(chē)架構都展現了這個(gè)組合極高的契合度，目前很多剛上市的新款新能源汽車(chē)都已經(jīng)達到了L2自動(dòng)駕駛級別。“事實(shí)上，自動(dòng)駕駛、或者說(shuō)ADAS(高級駕駛輔助系統)的本質(zhì)是汽車(chē)與環(huán)境的對話(huà)，通過(guò)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(guò)程實(shí)現。而這些過(guò)程都需在極短的時(shí)間內完成，除了高速以外，關(guān)鍵中的關(guān)鍵——可靠性必須保證！”在談到自動(dòng)駕駛技術(shù)時(shí)馮逸新表示。

 

自動(dòng)駕駛的三大核心技術(shù)

 

ADAS是無(wú)人駕駛的前奏，也是現階段市場(chǎng)的核心所在。當無(wú)人駕駛持續不斷搶占頭條時(shí)，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(zhù)傳統汽車(chē)的操控方式和用戶(hù)體驗。自動(dòng)駕駛的冗余度和容錯性特性，要求越是高階的自動(dòng)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(chē)載HMI等必須實(shí)時(shí)和持續地存儲當前狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)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(xiě)入以及高度寫(xiě)耐久性的FRAM存儲器正好滿(mǎn)足自動(dòng)駕駛所要求的可靠性和無(wú)遲延的要求！因此，隨著(zhù)ADAS技術(shù)愈發(fā)成熟，FRAM在該領(lǐng)域的機會(huì )也越來(lái)越大。”

 

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(chē)的必備配置，對駕乘人員的人身安全起著(zhù)極大的保障作用。針對智能氣囊來(lái)說(shuō)，系統要在氣囊被激活驅動(dòng)后，連續記錄氣囊是否正常動(dòng)作以及氣囊的動(dòng)作履歷數據，最終將這些數據作為法律依據，來(lái)處理事故，追究原因和責任；另外系統還需要實(shí)時(shí)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(shí)啟動(dòng)氣囊。“這些要求使FRAM成為理想的選擇。目前Tier1的continental已經(jīng)在他們的智慧氣囊中采用了FRAM，同樣在中國一些客戶(hù)也已經(jīng)采用了16Kbit的串口FRAM。”馮逸新透露。

 

FRAM在智慧氣囊中的應用

 

此外，在A(yíng)DAS細分領(lǐng)域的胎壓監測（TPMS）應用中，富士通業(yè)已邁出搶占車(chē)載應用市場(chǎng)的第一步。據透露，富士通FRAM存儲器已經(jīng)被倍耐力(Pirelli)輪胎率先采用，應用于其所生產(chǎn)機動(dòng)車(chē)輪胎的TPMS系統中，以實(shí)現可靠的低功耗、高速寫(xiě)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(yè)“可靠質(zhì)量”與“優(yōu)異性能”的代名詞！對此，馮逸新談到：“TPMS要對輪胎的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)和連續監測，如有充氣不足，立即發(fā)出警報。胎壓監測安裝在高溫，高壓的苛刻環(huán)境中，電池不易更換，為了延長(cháng)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。”

 

成本大比拼，FRAM真的貴嗎？

 

盡管FRAM比傳統的Flash、EEPROM在讀寫(xiě)耐久性、寫(xiě)入的速度和功耗等方面都更具有優(yōu)勢，但其同樣有著(zhù)成本較高、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選用FRAM，而選用EEPROM代替，但其實(shí)未必真的能節約成本。”馮逸新解釋道，“他們往往沒(méi)有意識到FRAM與EEPROM的工作方式存在很大差異。”

 

FRAM相較EEPROM具有更優(yōu)秀的耐久性

 

如上圖所示，FRAM的寫(xiě)入次數約為EEPROM的107倍，這表示在同樣的寫(xiě)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(xiě)入1013次數據。相反EEPROM容量可以遠比4KB大，但受寫(xiě)入次數的限制(僅106次)，如果整塊存儲器中A區域達到寫(xiě)入次數限制后，A區域的數據穩定寫(xiě)入將得不到保證，需另外換一個(gè)B區域重新寫(xiě)；那么新舊區域的更換過(guò)程就需要Wear Leveling(損耗均衡技術(shù))來(lái)控制，這在無(wú)形中增加了軟件配置成本。

 

再者，FRAM寫(xiě)入速度約為EEPROM的3萬(wàn)倍，在斷電等特殊情況發(fā)生時(shí)，前者能夠在極短時(shí)間內(0.00015ms左右)寫(xiě)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(kāi)銷(xiāo)。而且，為了預留充足的寫(xiě)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(méi)有太大成本優(yōu)勢了。

 

采用EEPROM的Car infotainment

 

此外，FRAM不僅能夠進(jìn)行高速寫(xiě)入，同樣也能夠實(shí)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(hù)的信息安全。這時(shí)，FRAM僅需0.1mA的工作電流，就能夠在0.3ms的時(shí)間內擦除256bit的數據，相比EEPROM擁有顯著(zhù)的優(yōu)勢。

 

FRAM、EEPROM、FLASH工作電流與消去時(shí)間對比

 

總結

 

因為中國汽車(chē)市場(chǎng)起步較晚，在歐美日韓等相對成熟的汽車(chē)市場(chǎng)，汽車(chē)品牌已經(jīng)比較集中，可能只有三四家，而在中國市場(chǎng)，仍然可以看到上百家的汽車(chē)品牌商，需求各異。“中國企業(yè)若想將對手打敗或者說(shuō)盡量站在同樣的位置，就需要跟國際車(chē)規級標準看齊，選用更好質(zhì)量的、更可靠的電子元器件，來(lái)設計制造更先進(jìn)的產(chǎn)品。“馮逸新表示，”通過(guò)采用富士通FRAM，車(chē)企將再無(wú)關(guān)鍵數據存儲的后顧之憂(yōu)！“

 

 

 

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