芝能科技出品
一款具备200度电容量的电池包, 发生热失控时, 从其内部起始产生变化, 直至表面变得烫手, 仅仅间隔了几分钟的时间。
存在二十年之久的动力电池管理系统BMS, 主要关注的是电压以及温度情况, 然而温度却是在出现问题时最后才被知晓的那个, 热量需要经过一层层传递才到达外壳, 这时表面的探头才能感觉到, 等探头发出警报时, 里面或许已经燃烧了一段时间。
01 被压缩的安全窗口
到2026年的时候, 电池会在制作方面朝越来越大的趋势发展。对于一辆乘用车而言, 其电池包里存在着几百颗电芯, 如果是一座大型储能柜, 里边通常管理着上万颗电芯。只要有任何一颗出现问题, 那么相应的热量就大有可能顺着模组一直开展扩散, 进而把整个电池包都牵连进去。
大容量锂电池应用的两大核心场景是新能源车与储能, 其占据着整体需求的将近九成。这些年来, 能量密度被越推越高, 规模也越做越大, 安全管理的难度并非呈现线性增长, 而是按照乘法来增长的。
一个电池柜, 在储能场景当中可是要稳定运行超过十年的, 在这长达十年的时间里, 任何一颗电芯要是出现缓慢劣化的状况, 那么采用集中式架构的话, 就没有办法及时发现这种情况的发生了。
难点处于响应窗口, 电池包越大, 单点失效的数学期望会被放大, 而我们手中通常围绕安全的唯有温度。
温度是最晚知道出事的那个
热失控并非一下子就瞬间炸开, 而是电芯首先会出现内部微小短路情况, 接着便会存有异常产热现象, 伴随产热副反应加剧, 进而产生气体, 最后阶段才会是电压下降、温度飙升, 这套流程是得要花费时间的, 但传统BMS的重点主要是注视着电压以及温度，然而这两个信号, 是这一整条链路方面上最晚发生变化的。
温度特别滞后, 一旦电芯内部出现微短路或者副反应增强的情况, 热量要一层一层地传递到外壳表面, 这时表面的NTC探头才能够感觉到, 等它读取到一个明显异常时, 内部可能已经燃烧了一段时间, 电压也是一样的, 当端电压还停留在正常区间的时候, 内部早就不正常了。
沿用了二十年的围绕温度判断安全的传统办法, 然而现阶段却发觉温度是出事时最后才被知悉的那个。传统BMS从发现故障后进行保护转变为识别早期征兆并主动预警的根本缘由, 不过是因想要提前发现故而就要在观测维度方面作出改变, 就是如此这般。
EIS，比温度早一步的那双眼睛
被称作BMS老三样的, 是电压, 还有温度, 以及电流。若要更早地抓住风险, 那就得添加一个新维度, 这个新维度是电化学阻抗谱, 也就是EIS, 它是一项采用电信号去激励电芯、然后读出内部电化学反应状态的技术, 标点符号。
把当下电池切实能够输出的量视为电压 , 将表面呈现出的热的程度当作温度 , EIS 愈发类似于关乎电芯内部状况的一份体检报告。
它运用不一样频率的交流信号去激励电芯, 查看一下欧姆阻抗、界面阻抗、扩散阻抗各自都怎样响应, 借此来读出内部反应状态。低频段是对应着扩散过程的, 高频段是对应着欧姆和界面过程的, 把不同频段给拆开, 就能够定位是哪一环出现了问题。
关键在时机，阻抗的变化发生在反应阶段，比热量传导到表面早。
电芯的界面阻抗以及扩散阻抗, 在微短路才刚刚开始，副反应才刚刚露头的时候, 就率先发生了变动；等到表面温度显著上升, 那已然形成了后续状况的局面。温度所测得的是热量已经传递出来的情形, EIS所测得的是内部已然开始产生变化的状况。我们所要争取的, 恰恰是处于热失控之前的那几分钟、更甚至是更长时间段的观测窗口。
为什么是现在开始改变
这个问题主要考虑两个要素，规模和合规。
一是规模。
当电池包从几百颗电芯发展到上千颗、上万颗时, 单点失效的数学期望被放大了, 然而可观测维度却未能跟上。依靠堆积采样线束、依赖集中式主控, 系统复杂度和故障点同时膨胀, 这恰恰与更安全的目标背道而驰。无线BMS（即wBMS, 一种采用无线通信替代采样线束、降低成本、减轻重量并减少故障点的方案）率先解决了连接问题, 将道路打通。
二是合规。
曾落地的欧盟《电池法规》, 推进当中的电池护照制度, 也就是给每颗电芯发一张从制造、运行到退役全流程都可追溯的身份证, 其规定单颗电芯全流程数据要可追溯。单颗电芯的独立数据 , 已然, 从产品的加分项转变成了法律的刚需。架构得给单电芯级数据让步, 法规就在那儿 , 不存在讨价还价的余地。
正变成基础能力的是无线连接, 下一阶段的竞争之处在于电芯级智能感知, 还在于端侧计算。
02 从集中式到电芯级智能：SENASIC 是谁？
下一代BMS, 会带来的改变是, 每颗电芯, 不再是被动采集点, 而是能自己进行分析的智能节点。
,SENASIC（属于国内端侧无线智能电芯芯片方面率先进行探索的那些主体）把这么一条路线称作Smart Cell,其外壳是当前特别热门的Physical AI（这里的AI并非仅仅在云端运行,而是还深入到真实物理世界里最为严峻的那一个端点区域）,而这个端点区域呈现为一颗持续不断产生电化学反应、被金属外壳以及强电磁环境所包围的电芯。
其做法是, 将无线通信揉进同一颗单电芯级芯片, 把多维感知也揉进该芯片, 又把端侧计算同样揉进此芯片, 还把电池监测一并揉进进来。
除了电压、温度之外, 还将 EIS 融入进来, 在电芯阶段便开展状态分析, 识别诸如老化、微短路、副反应等这些早期风险因素, 然后借助网络参与到整包的安全决策当中。涉及制造、运输、仓储、运行以及梯次利用等环节, 单电芯数据能够实现全程可追溯, 恰好契合电池护照的要求。
把重点置于端侧这两个字上, 异常判定并不是在远端主控得以实现, 而是于电芯自身之上达成, 其益处存在着两层。
一是快，征兆一冒头本地就报警，不用等数据跑完一整条链；
其二是省, 原始的数据并非要全部都往主控当中灌, 如此一来, 网络负载以及功耗一同降下来, 恰好能够与电芯端节点必须具备极低功耗、还要尽量实现小型化的硬性约束相契合。
全球的芯片企业怎么做？
无线BMS正快步迈向产业化阶段, 就行业估算而言, 到2030年时, 全球无线BMS SoC的市场规模将会达到大概300亿元, 在机器人、低空飞行器以及船舶等更多呈现电动化的场景当中, 其规模还会持续进行扩容。
在这条赛道之上, 全球范围内主流的半导体企业, 已然基本上完成了基础架构的探索, 从考量是否无线, 转而迈向思考如何能够更加智能。
四家走出了四条不同的路。
TI 在于全球当中布局相对较早的无线 BMS 一类型的厂商这里的里面了, 以电池监测 AFE、无线 MCU 以及软件平台作为依托的情况之下，从而形成了 2.4GHz wBMS 这样的方案, 尤其着重于解决掉有关无线连接、且还有网络管理和功能安全出现等方面的问题。
恩智浦更多地凭借超宽带、汽车微控制器、汽车网络以及功能安全体系, 去构建无线电池管理系统通信链路, 强处在于汽车微控制器与安全架构, 着重强调国际标准化组织26262功能安全体系。
ADI在全球BMS芯片领域处于领导地位, 它更注重于构建完整的无线BMS平台；该平台把高精度电池监测、无线通信、功能安全以及软件生态进行深度融合；如此便能够为整车厂提供系统级的解决方案。
SENASIC将无线通信、多维感知、端侧计算以及高精度电池监测相融合, 聚焦于单电芯智能, 其关注的是电池系统之中最小的管理单元, 也就是单颗电芯。
拉扯视野至产业格局, 此事于中国芯片公司而言存在另一层分外意涵。BMS核心芯片国产化率于2021年为28%, 至2024年达65%, 12nm工艺BMS芯片已然实现量产, SiC于功率模块里的占比亦升至18%, 相较于2023年增长了7个百分点。
在 Smart Cell 这般新架构之上, 能够避开既有的菊花链、集中式路线, 径直在端侧智能处占据优势位置。换道相较于弯道更易于超越, 讲的恰是此种情形的时候。
欧盟有一部《电池法规》自此正式付诸实施, 与之相伴随, 电池护照制度也得以向前推进, 其中, 单颗电芯在从事制造、处于运行以及走向退役的整个流程的时候, 其相关数据能够实现可追溯。
独个电芯具备独立数据, 其从产品的加分方面转变成为了法律的刚性需求, 架构不得不为单电芯层次的数据做出让步。再者，这样的一系列要求, 对于储能而言, 显得更为实际。通常情况下, 一座储能柜当中存在着数千颗电芯, 并且还要持续运行十年以上。
wBMS于这类场景所含价值, 更在长期运营方面的效率体现：不断地进行电芯数据的采集工作, 以此来对寿命预测、故障定位以及预测性维护给予支撑, 进而把全生命周期间的TCO也就是总拥有成本予以压低, 最终提升资产在长期运营过程当中的价值。
小结
无线网络并非终点, 最终所谋求的目标乃是每颗电芯自个儿开始具备自身的智能化。当一颗电芯能够持续不断地感知其自身状态, 即时进行分析健康状况, 并稳妥且可靠地成就完成相关数据链路的互联, 如此这般便能够堪当归入成为遍历贯穿制造全程、设备运行全程、日常维护全程以及梯次利用全程的数字化智能性质的资产范畴之内的。
原文标题 : 下一代 BMS 之争：当每颗电芯开始思考
