Беспроводная BMS от Dukosi: устранение проводных жгутов с интеллектуальными чипами на уровне ячеек

Глобальный переход к электрификации — особенно в электромобилях — сделал мониторинг батарей необходимым для безопасности и долговечности. Британский инноватор Dukosi готовится встряхнуть рынок BMS беспроводным решением, встраивающим выделенный кремниевый чип и прошивку в каждый литий-ионный элемент, устраняющим громоздкие проводные жгуты и добавляющим интеллект непосредственно в батарейный модуль.

В беседе с Джоэлом Сильвестром, основателем и CTO Dukosi, мы изучили, чем технология компании отличается от существующих беспроводных предложений BMS и что это значит для батарейной промышленности.

«Мы разработали устройство мониторинга ячеек для крупных высоковольтных литий-ионных блоков, используемых в электромобилях, автобусах, морских судах и сетевом хранении», — объясняет Сильвестр. «Эти приложения полагаются на точный мониторинг напряжения, температуры и тока каждой ячейки для обеспечения безопасности и продления срока службы».

Ядром инновации Dukosi является компактный CMOS-чип в паре с проприетарным ПО, измеряющий напряжение, ток, температуру и другие ключевые параметры для каждой ячейки индивидуально.

Что отличает решение — размещение чипа на самой ячейке. «Интегрируя интеллект на уровне ячейки, мы обеспечиваем гибкий дизайн модуля — любого размера, формы или конфигурации — сохраняя минимальный аппаратный след», — говорит Сильвестр. «Это фундаментально меняет то, как производители мониторят и управляют батареями».

При общении с потенциальными клиентами первый приоритет — всегда устранение проводных жгутов. «Жгуты снижают надежность, создают риски безопасности и раздувают затраты на проектирование и производство», — отмечает он. «Наша система предлагает последовательные, высококачественные измерения по каждой ячейке, драматически улучшая производительность модуля».

Необходимость продвинутого управления батареей

Точный мониторинг батарей критически важен для безопасности и оптимальной производительности, особенно в электромобилях. Традиционные дизайны BMS полагаются на устаревшую проводку и централизованный мониторинг, которые могут быть громоздкими и ошибочными. Настоящий беспроводной подход Dukosi использует пограничные вычисления для обеспечения быстрого, гибкого сбора данных.

Первичная функция BMS — поддерживать безопасные циклы заряда/разряда, защищая ячейки от деградации, повреждений или возгорания. Помимо безопасности, точные показания состояния заряда (SoC) позволяют точную оценку запаса хода, снижая тревогу по поводу диапазона и сокращая время зарядки. Долгосрочные данные о температуре, напряжении и циклах информируют оценки состояния здоровья (SoH), критически важные для вторичного использования и экономичной переработки.

Проводка: устойчивая проблема

Пока проводные жгуты допустимы в низковольтных системах — таких как 48-вольтовые свинцово-кислотные ИБП — применение тех же принципов к высоковольтным модулям электромобилей (до 800 В) в суровых, тесных средах проблематично. Негабаритные кабели добавляют вес, занимают место и усложняют установку. Существующие беспроводные решения часто полагаются на мультиплексирование нескольких ячеек на модуль, ограничивая количество контролируемых ячеек и снижая точность измерений по мере удлинения строки.

Ключевые недостатки традиционных беспроводных BMS включают:

• Ограниченное количество ячеек на модуль (12–16 ячеек) из-за напряженческих ограничений на мультиплексор.
• Увеличенный шум и сниженная точность на удаленных ячейках.
• Зависимость от прямой видимости для RF-антенн, приводящая к непредсказуемой задержке.

Пограничные вычисления: преимущество Dukosi

Dukosi использует пограничные вычисления, оснащая каждую ячейку собственным микроконтроллером. Ультра-маломощный CMOS-чип питается прямо от ячейки, устраняя необходимость в аналоговом мультиплексировании и обеспечивая оптимальную точность измерений. Локальная обработка интерпретирует сырые данные и отправляет лаконичную агрегированную информацию через проприетарное встроенное ПО.

Соединение с внешней системой достигается через запатентованную NFC-технологию. Тонкий низковольтный контур проходит вокруг батарейного модуля, индуктивно связываясь с контуром каждого датчика с разницей всего в миллиметры. Этот дизайн обеспечивает быстрый, надежный канал данных при сохранении гальванической изоляции даже при самых высоких напряжениях модуля. Каждый IC несет уникальный идентификатор и опрашивается радиоменеджером, который передает данные в основную электронику транспортного средства. Вся архитектура соответствует стандартам безопасности ASIL C и подходит для модулей с рейтингом ASIL D.

Встраивание «всегда включенного» интеллекта в каждую ячейку открывает дверь к непрерывному логированию данных об использовании и производительности, позволяя анализ состояния здоровья в реальном времени и всестороннее отслеживание происхождения на протяжении всего жизненного цикла батареи. Устраняя аппаратное обеспечение, кабели и затраты на установку, решение Dukosi предлагает долгосрочные выгоды для всех типов электромобилей и более широких рынков энергохранения.

Сильвестр подчеркивает, что истинное нарушение заключается в подходе по ячейкам. «Существующие рыночные предложения все еще напоминают дизайны أواخر 1990-х, фокусируясь на большем количестве ячеек на модуль и более высоких напряжениях. Наша технология приоритизирует точность измерений — каждая ячейка мониторится индивидуально, предоставляя ведущую в отрасли точность для напряжения, температуры и многого другого. Это позволяет производителям собирать модули без дополнительных разъемов или жгутов, огромно упрощая дизайн и повышая надежность».

Для более глубокого погружения прослушайте полное интервью Джоэла Сильвестра в подкасте Embedded Edge with Nitin.