Беспроводная BMS устраняет провода, добавляет интеллекта каждой ячейке батареи

Переход к электрификации, особенно электромобилей, означает, что мониторинг аккумуляторов будет иметь решающее значение для безопасности и срока службы. Надеясь подорвать рынок систем управления батареями (BMS), компания Dukosi со штаб-квартирой в Великобритании разработала беспроводную BMS, которая помещает чип и встроенное программное обеспечение в каждую ячейку батареи, чтобы избавиться от множества жгутов проводов и добавить интеллекта в саму батарею.

Мы поговорили с Джоэлем Сильвестром, основателем и техническим директором Dukosi, чтобы объяснить, чем решение компании отличается от беспроводных BMS-решений, уже представленных на рынке, и что это значит для индустрии аккумуляторов.

Он сказал:«То, что мы разработали, представляет собой устройство контроля ячеек для использования в очень больших высоковольтных литий-ионных аккумуляторных батареях, которые вы найдете в электромобилях, электрических автобусах, морских системах и системах хранения энергии. По сути, все, что в наши дни требует большой аккумуляторной батареи, переходит или перешло на литий-ионную химию, и вам нужно очень внимательно следить за этими элементами. В них много энергии. Вам нужно очень внимательно следить за тем, каково напряжение элемента, какова температура и так далее, чтобы сохранить упаковку в безопасности и продлить ее срок службы как можно дольше ».

«Мы разработали кремниевый чип и соответствующее программное обеспечение, которое позволяет контролировать напряжение, ток, температуру и многие другие характеристики отдельных литий-ионных элементов».

Так как же Дукоси подрывной? Он сказал:«Что подрывает, так это когда вы вставляете чип в ячейку. Теперь у вас есть интеллектуальная ячейка, которую вы можете сконфигурировать в аккумуляторные блоки любого размера, формы и конфигурации. Вы можете создать несколько аккумуляторных продуктов, используя одни и те же ячейки в одних и тех же интеллектуальных ячейках. Это более разрушительно, потому что это меняет подход производителей аккумуляторов к мониторингу и управлению своими батареями ».

Он сказал, что при разговоре с потенциальными покупателями первое, что всегда приходит в голову, - это избавиться от жгутов проводов. «Производители упаковок их ненавидят. Все, что они делают, это снижают надежность, создают проблемы с безопасностью, они дороги в разработке, производстве и установке, поэтому избавление от жгутов проводов всегда является первым делом; после этого качество измерений. Мы можем точно так же измерить температуру для каждой ячейки, расположив ее на каждой ячейке. Это позволяет им повысить производительность своих аккумуляторных батарей ».

Необходимость управления аккумулятором

Принято считать, что мониторинг аккумуляторов жизненно важен для безопасности и максимального срока службы, особенно в электромобилях, но, по словам Дукози, современные методы мониторинга - это эволюция старых громоздких методов. Компания заявила, что новый, действительно беспроводной подход также может использовать преимущества быстрых и гибких периферийных вычислений.

Основная функция BMS - поддерживать безопасную зарядку и разрядку, снижая риск деградации, повреждения и даже возгорания элементов. Однако преимущества выходят за рамки этого:точное знание состояния заряда (SoC) аккумуляторной батареи позволяет определить запас хода автомобиля, уменьшая "беспокойство по поводу дальности" и сокращая время зарядки.

Кроме того, накопление отслеживаемой информации, такой как температура, напряжение и циклы заряда / разряда с течением времени, может указывать на состояние батареи (SoH). По мере того как парк электромобилей стареет, SoH аккумулятора может стать препятствием для использования «вторую жизнь», будь то перепродажа автомобиля или перенацеливание аккумуляторной батареи для другого менее обременительного применения, такого как хранение энергии в сети. Увеличение срока службы аккумулятора снижает стоимость срока службы аккумулятора и сводит к минимуму частоту и стоимость переработки, что в целом снижает воздействие транспорта на окружающую среду.

Кабели - проблема

Мониторинг аккумуляторов был признан на протяжении десятилетий в промышленности и телекоммуникациях, где важно резервное копирование критически важных систем. Набор свинцово-кислотных аккумуляторов на 48 В, питающий ИБП в серверной ферме, может позволить себе жгуты проводов, соединяющие громоздкое централизованное оборудование для мониторинга с каждой ячейкой, но перенос этих принципов на электромобили с цепочкой ячеек до 800 В в жесткой и жесткой среде является не идеальное решение.

Однако именно так в настоящее время обычно реализуется BMS, и из-за высоких напряжений и риска истирания проводов при вибрации кабельные соединения с ячейками в цепочках должны быть слишком большого размера для сигналов, которые они несут, с соответствующим весом и пространством. штрафы, не говоря уже о стоимости установки.

Тогда очевидным решением этой проблемы может показаться «беспроводной» мониторинг аккумуляторов для электромобилей. Существуют решения, которые произошли от более старых модульных архитектур, в которых отслеживаются напряжения ряда ячеек в цепочке. Полученные аналоговые значения мультиплексируются в одном из нескольких модулей, встроенных в аккумуляторную батарею, «оцифровываются» и затем передаются по ВЧ-каналу на центральный процессор.

Количество контролируемых ячеек обычно составляет 12 или 14, что ограничивается номинальным напряжением мультиплексора, при этом каждая ячейка добавляет около 3,7 В. Количество контролируемых ячеек увеличено до 16 или выше, чтобы уменьшить количество необходимых мультиплексоров, но это только усиливает необходимость использования высоковольтной технологии в процессе изготовления ИС. Это препятствует простому включению локального агрегирования и обработки данных, которые, следовательно, должны выполняться централизованно, создавая узкое место в радиочастотном соединении.

Однако более существенными недостатками являются то, что точность измерения напряжения каждой мультиплексированной ячейки ухудшает качество цепочки, и необходимы более длинные физические проводные соединения с каждой ячейкой. Дополнительное беспокойство вызывает улавливание шума. Пристальное внимание следует уделять расположению радиочастотных антенн, чтобы гарантировать, что каждый модуль находится в прямой видимости от центрального приемника, в противном случае необходимо построить сложные и непредсказуемые ячеистые сети, что сделает непредсказуемыми скорость передачи данных и задержку. P>

Введите "пограничные" вычисления для аккумуляторов

Таким образом, Dukosi принял идею «пограничных» вычислений - индивидуальный мониторинг ячеек с локальной обработкой для интерпретации показаний и беспроводной передачи мгновенных и агрегированных данных с течением времени в форме гистограмм, созданных проприетарным встроенным программным обеспечением.

Компания заявила, что ее оборудование со сверхнизким энергопотреблением представляет собой крошечный чип CMOS, питаемый от контролируемого элемента батареи, поэтому технология IC совместима с общими ядрами процессора и памятью. Мультиплексирование аналогового сигнала не требуется, поэтому точность оптимизируется, а микросхема устанавливается непосредственно в ячейку для максимальной точности измерения как напряжения, так и местной температуры.

Проблема подключения к антенне решена за счет использования запатентованной технологии NFC. Подобно индуктивным петлям для «бесконтактной» оплаты, тонкая, низковольтная, однопроводная петля проходит вокруг аккумуляторной батареи, рядом с каждым монитором Dukosi, свободно соединяясь в петлю на датчике с физическим разделением в несколько миллиметров. Это обеспечивает быстрое и надежное соединение для передачи данных, но этого достаточно, чтобы легко обеспечить электрическую изоляцию, необходимую для максимального напряжения аккумуляторной батареи. Каждая ИС имеет уникальный идентификатор и опрашивается через соединение NFC диспетчером радио, который контролирует процесс связи и передает данные в электронику управления транспортным средством. Вся система спроектирована так, чтобы быть безопасной, как компонент ASIL C аккумуляторной батареи с рейтингом ASIL D.

Использование интеллекта, который постоянно включен в аккумуляторную батарею, даже когда электромобиль не используется, открывает возможности для долгосрочного ведения журнала данных об использовании и производительности, которые можно интерпретировать как состояние здоровья и даже поддерживать как источник батареи в любой момент ее срока службы. Благодаря сокращению затрат на оборудование, кабели и установку, срок службы такой системы может быть полезен для всех типов электромобилей, а также в более широких приложениях для хранения энергии.

Сильвестр объяснил, как Dukosi по-другому делает беспроводную BMS. Он сказал:«Вам нужно провести измерения на литий-ионных элементах. Но устройства, представленные в настоящее время на рынке некоторыми крупными полупроводниковыми компаниями, выглядят почти так же, как те, которые были доступны в конце 1990-х годов. За то время он не особо изменился. Способ, которым технология пошла в другом месте, пытается одновременно обрабатывать все больше и больше ячеек, так что 12 ячеек, 14 ячеек, 16 ячеек, и это ведет их по определенному пути попытки перейти к все более и более высоким напряжениям ».

«Наш продукт обрабатывает только одну ячейку за раз, поэтому их нужно намного больше. Но он действительно хорошо проводит измерения в этой ячейке:мы обеспечиваем лучшую в отрасли точность измерений. Мы можем измерить температуру в каждой ячейке. Мы можем запускать алгоритмы на ячейках, чтобы сообщить вам, каков уровень заряда, состояние здоровья или многие другие характеристики литий-ионных элементов, мы можем сделать это очень, очень хорошо на одной ячейке, а затем вы можете соединить их все вместе очень легко в аккумуляторную сеть. Никаких дополнительных разъемов. Никаких жгутов проводов или всего прочего. Все прошло ».

«Эта сеть аккумуляторов расскажет вам все, что вам нужно знать о системе аккумуляторов. Вы убираете кабели, вы убираете разъемы, вы убираете все механические конструкции, которые вам нужны для их поддержки, и убедитесь, что они не заплетаются, перемещая измерения, датчик прямо в точку где вам нужно сделать замеры ».

Вы сможете услышать полное интервью с Джоэлом Сильвестром на встроенном краю подкаста Nitin .