中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：第十二屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)演講速記如下：
肖夢(mèng)娟：謝謝主持人，剛剛主持人提到現(xiàn)在大家比較關(guān)心電池?zé)崾Э剡@個(gè)問題，我們的方案就是來解決這個(gè)問題的。所以今天分享的主題是全球獨(dú)有的集成阻抗監(jiān)測(cè)功能的BMS芯片所帶來的巨大商機(jī)。
這是我們公司的介紹，我們是一家專注于新能源的半導(dǎo)體創(chuàng)新企業(yè)，我們的業(yè)務(wù)遍布全球，約3億人民幣的注冊(cè)資本，有62%的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，可以看出，我們公司是一個(gè)非常注重研發(fā)設(shè)計(jì)的公司。我們還是國產(chǎn)半導(dǎo)體的創(chuàng)新先鋒，我們有工業(yè)級(jí)、車規(guī)級(jí)混合信號(hào)國產(chǎn)芯片，有國內(nèi)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。從左下角可以看到我們的股權(quán)架構(gòu)，中方占比51%，所以我們還是一個(gè)中國芯。
我們有近百項(xiàng)創(chuàng)新專利，全權(quán)歸屬于大唐恩智浦半導(dǎo)體所有。
這是我們的全球分布，我們的總部在長三角，研發(fā)中心長三角、歐洲、印度都有。我們的晶圓和封測(cè)位于長三角和東南亞。我們的sales團(tuán)隊(duì)分布在長三角、珠三角、歐洲。
這是我們公司的產(chǎn)品，首先是汽車照明，我們的前照燈調(diào)節(jié)芯片累計(jì)出貨量超過了5億片，例年市場(chǎng)占有率都是第一的。第二塊是今天重點(diǎn)要講的電池管理芯片，也是我們公司的核心業(yè)務(wù)，我們的阻抗功能是領(lǐng)先市場(chǎng)3到5年的獨(dú)家產(chǎn)品技術(shù)，可以很好地解決電池的安全痛點(diǎn)。第三塊是車規(guī)認(rèn)證方向，我們是符合IATF16949車規(guī)及晶圓制造和封測(cè)，符合ACE-Q100車規(guī)級(jí)認(rèn)證，也符合ISO26262車規(guī)級(jí)功能安全認(rèn)證的ASIL-D最高等級(jí)認(rèn)證。
這里就是BMS電池管理芯片核心競(jìng)爭(zhēng)力IP。首先包含阻抗監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、電壓基準(zhǔn)、級(jí)聯(lián)通信。最關(guān)鍵的阻抗監(jiān)測(cè)，我們有超高信噪比、超寬頻域，用于前所未有電池深度監(jiān)測(cè)。我們的溫度監(jiān)測(cè)同樣超高的測(cè)量精度且是片上集成的，每片電池都可以覆蓋到。
我們的電壓基準(zhǔn)，也有超高測(cè)量精度，且精度可以保持15年，是目前業(yè)內(nèi)極少芯片公司擁有該技術(shù)。
我們的級(jí)聯(lián)通信有高可靠性，超強(qiáng)抗EMC性能，支持從混動(dòng)48伏到純電800伏。
這個(gè)是產(chǎn)品功能概述，首先講一下電壓監(jiān)測(cè)。我們芯片內(nèi)部集成有∑ΔADC，可以用于電芯的電壓采樣，全生命周期內(nèi)的高精度測(cè)量。數(shù)字濾波器用于低通濾波，無需外圍低通濾波RC。芯片內(nèi)部集成有兩個(gè)∑ΔADC用于冗余設(shè)計(jì)。集成過壓/欠壓的監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能。
我們的溫度監(jiān)測(cè)，芯片內(nèi)部也是集成有溫度傳感器的。每個(gè)電芯里都有溫度傳感器，所以它可以全覆蓋每一個(gè)電芯，達(dá)到100%全覆蓋。其中我們芯片內(nèi)部集成有兩個(gè)溫感，用于冗余設(shè)計(jì)，無須NTC或任何外圍器件。芯片底部有外露模墊，可以讓芯片和電池保持良好熱耦合。集成過溫/低溫、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。
后面是重點(diǎn)的阻抗監(jiān)測(cè)，我們可以輸出阻抗的實(shí)步和虛步，有較寬范圍頻率可選。數(shù)據(jù)更新率是1赫茲，高性噪比，可測(cè)量超低阻值電芯，可于任何車輛狀況下工作，支持多個(gè)高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
這邊是我們的通信功能，帶差分I/O的菊花鏈 ，單串最多可拓展到250個(gè)芯片，環(huán)形拓譜通信，芯片還可以配置為SPI-差分I/O橋接芯片 。同一塊電路板上，芯片之前通訊為DC耦合，EMC高可靠性設(shè)計(jì)。
再者是均衡功能，我們芯片支持外部均衡加片上均衡。我們的外部均衡共用阻抗監(jiān)測(cè)外圍器件，片上均衡不需要外圍器件，片上均衡電流可調(diào)。我們均衡觸發(fā)終止條件是時(shí)間觸發(fā)和電壓觸發(fā)。還可以讀取均衡的Timeout counter值。
我們的產(chǎn)品可以用在機(jī)站、數(shù)據(jù)中心、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)。這邊是車規(guī)級(jí)產(chǎn)品應(yīng)用范圍，像BEV、EREV、PHEV、HEV等所有的新能源電動(dòng)車，都是可以使用的。
講這么多，什么是EIS呢？EIS全稱是電化學(xué)交流阻抗譜，EIS技術(shù)就是測(cè)定不同頻率下的擾動(dòng)信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)比值，得到不同頻率下了阻抗實(shí)步、虛步。然后將它們繪制成奈奎斯特圖，就是右邊第一個(gè)圖。我們也可以通過實(shí)步和虛步得出模值和象位角，然后繪制成波特圖，是右邊第二個(gè)圖。這兩個(gè)圖都是常用的阻抗譜。
這里是講EIS實(shí)現(xiàn)，目前最常見的EIS設(shè)備還是幾十萬一臺(tái)的電化學(xué)工作站，就是圖上這兩個(gè)。但僅用于實(shí)驗(yàn)室，無法在線應(yīng)用于車載/儲(chǔ)能。我們芯片集成EIS功能，可以實(shí)現(xiàn)車載和儲(chǔ)能在線應(yīng)用。
這邊是監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)的原理，具體的實(shí)現(xiàn)方式是給電池兩極兩端施加一定頻率電流激勵(lì)，采集電極兩端對(duì)應(yīng)頻率電壓波動(dòng)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理就可以得到電池在該頻率下的交流阻抗，不同頻率下的交流阻抗可以繪制成EIS圖。那EIS反映哪些參數(shù)呢？電芯內(nèi)部溫度、SoC、SoH、SoP等都跟阻抗有密切關(guān)系，我們可以通過EIS來反映這些參數(shù)，和改進(jìn)現(xiàn)在的算法精度。
剛剛講了產(chǎn)品的功能，還有EIS實(shí)現(xiàn)的原理，它能帶來哪些價(jià)值呢？我們總結(jié)了以下六大價(jià)值，可以用于電芯下線檢測(cè)、電芯熱失控管理、故障電芯檢測(cè)、在線SOH檢測(cè)、電芯回收二次利用、無線BMS遠(yuǎn)程診斷。
首先，我們先講一下EIS價(jià)值之熱失控。阻抗與溫度之間有很強(qiáng)的強(qiáng)相關(guān)性，我們以某類典型電芯-35度到50度這樣一個(gè)實(shí)測(cè)電芯數(shù)據(jù)為例，可以看到，溫度越低，內(nèi)阻越大，它是有一個(gè)很好線性關(guān)系的。右邊通過一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)算法，把幅值展開，可以看到頻率越低，幅值變化越明顯。
這是我們和傳統(tǒng)NTC方案進(jìn)行了比較，左邊是傳統(tǒng)NTC方案，我們可以看到多的電芯現(xiàn)在是共用一個(gè)NTC，它的溫度監(jiān)測(cè)范圍覆蓋面是小于50%的，而且導(dǎo)致物理的傳熱也是需要很長的時(shí)間，所以它的監(jiān)測(cè)反應(yīng)時(shí)間快則數(shù)分鐘，慢則更久。而我們的方案，我們是芯片內(nèi)部集成有溫度傳感器，可實(shí)現(xiàn)百分之百全覆蓋。再加上我們有新增的創(chuàng)新功能，就是監(jiān)測(cè)電芯的阻抗，來反映電芯內(nèi)部真實(shí)的溫度狀態(tài)。兩種溫度監(jiān)測(cè)方式的加持是一個(gè)更嚴(yán)苛的保障，所以我們的故障監(jiān)測(cè)時(shí)間可以達(dá)到秒級(jí)。
這是剛剛提到的，一個(gè)是監(jiān)測(cè)電芯表面溫度，一個(gè)是通過內(nèi)阻來估算電芯內(nèi)部的實(shí)際溫度變化。從這個(gè)圖里可以看出，下面兩個(gè)比較平緩的是電芯表面溫度檢測(cè)出來的數(shù)據(jù)，橙色的是通過內(nèi)阻估算的電池內(nèi)部的溫度變化，實(shí)際這顆橙色的曲線是更加符合電芯內(nèi)部的溫度變化。大家都知道，電芯內(nèi)部發(fā)熱它的溫升是非?？焖俚?，所以通常電芯內(nèi)部溫度超過外部溫度10度以上就會(huì)非常危險(xiǎn)，因此在這之前將異常電芯及時(shí)挑選出來非常重要?；谧杩沟碾x群檢測(cè)可以快速定位異常電芯，并準(zhǔn)確判斷異常原因。所以集成阻抗監(jiān)測(cè)的芯片具有更直接的溫度表征，能提供更快速的故障預(yù)警，可以實(shí)現(xiàn)更安全的BMS。
上面是我們的熱失控預(yù)警價(jià)值。它除了熱失控預(yù)警之外，還可以做在線故障電芯檢測(cè)，我們通過獨(dú)有的在線阻抗檢測(cè)技術(shù)，對(duì)一個(gè)模組內(nèi)或整個(gè)PACK內(nèi)集成的電芯做出智能預(yù)警，將電芯的熱失控扼殺在早期階段，解決了電芯熱失控難題，保障新能源系統(tǒng)全生命周期內(nèi)的安全。例如下圖整個(gè)PACK里面，其中紅色的離群電芯就可以通過內(nèi)阻的異常提前發(fā)現(xiàn)、提前預(yù)警。
它的故障電芯應(yīng)用場(chǎng)景有哪些呢？首先是我們?cè)赑ACK出廠前先用EIS阻抗離群檢測(cè)判斷電芯是否出現(xiàn)離群現(xiàn)象。沒有出現(xiàn)離群現(xiàn)象PACK可以正常出廠，若出現(xiàn)就要排查原因，例如電芯的批次不同，材料異常，連接松動(dòng)，焊接異常，溫度異常，這些都是可以通過阻抗反映出來的。
它的應(yīng)用場(chǎng)景二是在PACK工作室，我們用EIS離群檢測(cè)判斷電芯是否出現(xiàn)離群，若未出現(xiàn)離群，則PACK正常工作。若出現(xiàn)離群，同步也是需要排查離群原因。
我們做了一個(gè)總結(jié)，從熱失控到故障電芯挑揀，是一個(gè)更高緯度的安全控制。隨著市場(chǎng)上電動(dòng)車、儲(chǔ)能站頻繁爆發(fā)起火爆炸事件，熱失控已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人身及財(cái)產(chǎn)安全，與你我都息息相關(guān)。如何把熱失控扼殺在搖籃里，讓電池起火爆炸成為歷史呢？我們做的就是把電化學(xué)工作站平均售價(jià)30萬的設(shè)備集成到了半個(gè)指甲蓋大小的芯片里，右邊就是我們的芯片。我們?cè)趦?chǔ)能、電動(dòng)車等產(chǎn)品的整個(gè)壽命周期內(nèi)實(shí)時(shí)檢測(cè)電池的健康，一旦電池出現(xiàn)故障，EIS立即會(huì)顯示異常，從源頭篩出故障電芯，讓我們不再被動(dòng)地處理熱失控帶來的后果，而是主動(dòng)提前預(yù)警，爭(zhēng)取寶貴的檢修、遏制、逃生的時(shí)間。
這是EIS另一個(gè)價(jià)值，用于電芯的生產(chǎn)下線篩查，就是電芯出廠前的一道防護(hù)。一套系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)幾十甚至上百上千顆電芯，用于電芯出廠前品質(zhì)的管控，它相對(duì)于幾十萬的電化學(xué)工作站來說，有無法比擬的經(jīng)濟(jì)性。
這是價(jià)值之在線SOH監(jiān)測(cè)。我們的電池健康SOH作為電池是否可以安全使用的重要指標(biāo)，是電池管理系統(tǒng)中最重要的功能。傳統(tǒng)的SOH評(píng)估方法涉及利用低倍率棄放電方法進(jìn)行容量校準(zhǔn)，也就是用當(dāng)前最大可充放電容量比上電池出廠時(shí)額定容量來估算SOH。這種估算SOH的方法，需要至少對(duì)電池進(jìn)行一次充放電循環(huán)。
還有一種SOH估算方法是檢測(cè)電池的內(nèi)阻，電池的內(nèi)阻增大是電池老化的重要表現(xiàn)，也是電池進(jìn)一步老化的原因。我們基于電化學(xué)阻抗譜SOH方法是可以通過下面公式實(shí)現(xiàn)的，也就是在出廠的時(shí)候，我們對(duì)正常的電芯和壽命終結(jié)時(shí)的內(nèi)阻進(jìn)行標(biāo)定，在電池出廠后檢測(cè)當(dāng)前電池的內(nèi)阻，來快速估算電池當(dāng)前的SOH?？梢钥闯?，SOH內(nèi)阻增大SOH是下降的。
上面提到我們現(xiàn)在檢測(cè)電池的內(nèi)阻還是用大型的電化學(xué)工作設(shè)備來檢測(cè)，而這種設(shè)備是無法真正實(shí)現(xiàn)在線的SOH監(jiān)測(cè)的。而我們集成EIS的DNB11xx芯片，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)階段僅限實(shí)驗(yàn)室條件中電化學(xué)工作站的功能，集成在PACK中，從而真正實(shí)現(xiàn)在線的SOH檢測(cè)。傳統(tǒng)容量估算方式是無法在電動(dòng)車整車及終端儲(chǔ)能系統(tǒng)中在線應(yīng)用的，我們的方案具有顛覆式優(yōu)勢(shì)。我們做了以下四點(diǎn)優(yōu)勢(shì)歸納，耗時(shí)短、幾乎無耗電、成本低、精度較高。
這是我們的EIS價(jià)值之用于電池的回收節(jié)約成本，上面是傳統(tǒng)的電池回收的方案，就是把動(dòng)力電池包拆卸，通過傳統(tǒng)的充放電的方式，估算出它現(xiàn)在的SOH，篩選出老化的電芯，再進(jìn)行重組。而帶有阻抗的動(dòng)力電池包是無需進(jìn)行篩查實(shí)驗(yàn)的，電車和儲(chǔ)能生命周期內(nèi)的SOH在線鑒定是可以節(jié)省人工成本、測(cè)試設(shè)備、電力成本、時(shí)間等問題。
這是無線的BMS遠(yuǎn)程診斷問題，未來無線BMS肯定是一個(gè)很好的趨勢(shì)，我們的芯片更靈活的適配應(yīng)用于未來的無線BMS方案，每一節(jié)電芯健康全生命周期內(nèi)都可以監(jiān)測(cè)，然后再匯報(bào)給個(gè)人用戶以及數(shù)據(jù)中心。無線的BMS方案可以帶來哪些優(yōu)勢(shì)呢？我們的電芯在產(chǎn)線上是無需人工及線束干預(yù)的，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。我們的電芯倉儲(chǔ)及物料中的編號(hào)管理有利于電芯倉儲(chǔ)及物料中實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及終端儲(chǔ)能柜或整車中的實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)，這些都是無線BMS所帶來的價(jià)值。
我今天的演講就到這里，這就是我們的BMS電池管理芯片的全部介紹，如果大家感興趣的，歡迎臺(tái)下進(jìn)行交流。
