【導(dǎo)讀】交通電動(dòng)化與儲(chǔ)能系統(tǒng)加速發(fā)展之后，電池正在承受越來越多看似相互矛盾的要求。消費(fèi)者希望電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航更長(zhǎng)、充電更快，整車廠希望電池包擁有更高的能量密度，儲(chǔ)能系統(tǒng)則需要在更長(zhǎng)的生命周期內(nèi)保持穩(wěn)定運(yùn)行。與此同時(shí)，安全性不能下降，系統(tǒng)成本也不能無限增加。
對(duì)于電池工程師來說，這意味著一個(gè)越來越棘手的問題：怎樣在壽命、快充、安全、性能與成本之間找到新的平衡？
傳統(tǒng)電池管理系統(tǒng)主要依靠電壓、電流和溫度等信號(hào)判斷電池狀態(tài)。這些參數(shù)能夠反映電池正在發(fā)生什么，卻很難完整揭示電芯內(nèi)部為什么會(huì)發(fā)生變化。特別是在快充、高低溫和長(zhǎng)期老化等復(fù)雜條件下，電池表面的電氣與溫度信號(hào)，往往要等到異常已經(jīng)較為明顯時(shí)才會(huì)發(fā)生變化。
電化學(xué)阻抗譜，也就是EIS，正在為電池管理系統(tǒng)增加一種更深入觀察電芯的方式。
其基本原理是向電芯施加不同頻率的交流激勵(lì)，并測(cè)量電芯在各個(gè)頻率下的阻抗響應(yīng)。由于電池內(nèi)部不同電化學(xué)過程會(huì)在不同頻段表現(xiàn)出相應(yīng)特征，工程師可以借此進(jìn)一步分析電池的荷電狀態(tài)、健康狀態(tài)、溫度影響和潛在異常。
過去，EIS更多應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室和專業(yè)測(cè)試設(shè)備。隨著電池包容量不斷增大、安全要求不斷提高，以及EIS功能逐漸被集成到半導(dǎo)體芯片中，這項(xiàng)技術(shù)開始從離線檢測(cè)走向車載和儲(chǔ)能系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
圍繞EIS為什么在今天受到關(guān)注、它與傳統(tǒng)電池監(jiān)測(cè)方式有何不同，以及TI最新電池管理芯片組如何將EIS引入更多電芯，TI品牌故事敘事策劃師Micah McDaniel采訪了TI電池管理系統(tǒng)（BMS）副總裁兼總經(jīng)理Wenjia Liu。(https://www.youtube.com/watch?v=RHTfdao6QZk)
以下為經(jīng)過整理的對(duì)話內(nèi)容。
主持人：我知道TI正在開發(fā)這套芯片組，但我想我們應(yīng)該先從最基礎(chǔ)的問題開始：為什么要開發(fā)這套產(chǎn)品？市場(chǎng)為什么需要它？
Wenjia：這套芯片組集成了EIS引擎，也就是電化學(xué)阻抗譜功能，可以顯著提升汽車和工業(yè)應(yīng)用中的電池安全性與性能，例如電動(dòng)汽車和ESS儲(chǔ)能系統(tǒng)。
主持人：那么，與目前市場(chǎng)上的其他解決方案相比，TI這套芯片組有什么不同？
Wenjia：首先是EIS功能本身。
簡(jiǎn)單來說，EIS會(huì)向電芯注入覆蓋一系列不同頻率的交流激勵(lì)電流，然后測(cè)量電芯在不同頻率下呈現(xiàn)出的阻抗特性。
通過這些阻抗信息，我們可以獲得多種電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，例如荷電狀態(tài)，也就是SOC；健康狀態(tài)，也就是SOH；以及溫度對(duì)電池狀態(tài)的影響。
這些信息能夠幫助系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀察電芯內(nèi)部的狀態(tài)。
結(jié)合能夠正確處理這些數(shù)據(jù)的算法，電動(dòng)汽車制造商就可以設(shè)計(jì)出更加智能、更加安全的電池管理系統(tǒng)。尤其是在極端條件下，例如高溫或低溫環(huán)境中的快速充電，系統(tǒng)可以更合理地管理電池。
第二個(gè)區(qū)別是，這款器件也是目前業(yè)界通道數(shù)最高的電池監(jiān)測(cè)芯片之一。
目前，TI已經(jīng)提供12通道及以下、16通道和18通道的電芯監(jiān)測(cè)器?，F(xiàn)在，我們又在同一產(chǎn)品組合中加入了26通道器件。
這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)楦叩耐ǖ罃?shù)意味著系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度、更靈活的設(shè)計(jì)、更簡(jiǎn)潔的系統(tǒng)架構(gòu)，以及更低的物料清單成本。
結(jié)合TI的高壓電池包監(jiān)測(cè)器和新的通信橋接器，整套解決方案可以在一個(gè)平臺(tái)上支持多達(dá)250顆串聯(lián)電芯。
主持人：你剛才提到了安全。無論對(duì)于設(shè)計(jì)這類系統(tǒng)的工程師，還是最終駕駛汽車的消費(fèi)者，安全都是最重要的考慮因素之一。TI的這套芯片組將如何提升整車安全性？
Wenjia：安全確實(shí)是首要任務(wù)，實(shí)際上也是影響消費(fèi)者是否愿意接受電動(dòng)汽車的重要因素。因此，在設(shè)計(jì)電池管理系統(tǒng)時(shí)，安全始終是最重要的考慮因素。
目前，電池包中已經(jīng)集成了很多保護(hù)和故障檢測(cè)機(jī)制，例如過壓保護(hù)、過流保護(hù)、溫度傳感器和壓力傳感器等。
但這些機(jī)制基本上都是被動(dòng)響應(yīng)式的。
也就是說，通常只有在故障已經(jīng)發(fā)生，或者故障特征已經(jīng)明顯出現(xiàn)之后，這些傳感器才能檢測(cè)到問題。
EIS帶來的則是一種主動(dòng)診斷能力。它可以提前預(yù)測(cè)故障，并在傳統(tǒng)傳感器發(fā)現(xiàn)問題之前，檢測(cè)電芯內(nèi)部的化學(xué)或電化學(xué)行為變化。
傳統(tǒng)傳感器通常只能測(cè)量系統(tǒng)表面的溫度、壓力或電氣參數(shù)，而EIS可以觀察電芯內(nèi)部更加深層的變化。
這些早期指標(biāo)非常關(guān)鍵，因?yàn)樗鼈兛梢詭椭到y(tǒng)預(yù)防熱失控。無論對(duì)于電動(dòng)汽車還是儲(chǔ)能系統(tǒng)，熱失控都是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題。
此外，EIS還有助于預(yù)防突然掉電等故障，甚至降低起火等更加危險(xiǎn)事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。
主持人：不過，EIS并不是一項(xiàng)新技術(shù)，對(duì)吧？
Wenjia：是的，它并不是新技術(shù)。
主持人：既然不是新技術(shù)，我想有些人可能會(huì)對(duì)此持懷疑態(tài)度。你認(rèn)為TI的芯片組會(huì)如何改變?nèi)藗儗?duì)EIS的看法？
Wenjia：這是一個(gè)非常好的問題。我想先分享一個(gè)有趣的事實(shí)。
幾周前，我在TI E2E工程師論壇上看到了一篇詢問EIS技術(shù)的帖子。你猜這篇帖子最早是什么時(shí)候發(fā)布的？
主持人：五年前？
Wenjia：是2013年。
主持人：哇。
Wenjia：也就是說，那已經(jīng)是十多年前了。而且據(jù)我了解，EIS技術(shù)本身出現(xiàn)得還要更早。
主持人：那么，為什么EIS到了今天才成為熱門話題？
Wenjia：我認(rèn)為有幾個(gè)原因。
首先，市場(chǎng)正在使用容量更大、價(jià)格更高的電池包。其次，系統(tǒng)對(duì)安全性的要求也在不斷提高。與此同時(shí)，把EIS引擎集成到半導(dǎo)體芯片中的成本正在下降，技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式也變得更加經(jīng)濟(jì)。
這些因素共同推動(dòng)了EIS在今天的普及。
主持人：未來，你認(rèn)為EIS還可以應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？
Wenjia：我認(rèn)為，所有使用電池的應(yīng)用都可以從EIS帶來的電芯實(shí)時(shí)可視性中獲益。
EIS首先從電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能系統(tǒng)等大型電池應(yīng)用開始普及，因?yàn)樵谶@些應(yīng)用中，EIS帶來的價(jià)值更加直接，也更加明顯。
但我們已經(jīng)看到，EIS正在進(jìn)入越來越多的工業(yè)應(yīng)用，例如電動(dòng)工具、人形機(jī)器人，以及個(gè)人電子設(shè)備。
現(xiàn)在，一些筆記本電腦和智能手機(jī)也開始采用EIS。
因此，我不想為EIS的應(yīng)用范圍設(shè)定明確邊界。歸根結(jié)底，任何使用電池的應(yīng)用，都可以在不同程度上從EIS技術(shù)中獲益。
主持人：你剛才提到，早在13年前，TI E2E論壇上就有人討論EIS。
那么，再過13年或15年，你認(rèn)為EIS會(huì)發(fā)展到什么程度？
Wenjia：Micah，在今天這個(gè)世界里，即使預(yù)測(cè)五年后的情況都已經(jīng)非常困難，所以我還是談?wù)勎磥韮赡臧伞?/p>
我認(rèn)為，在未來兩年內(nèi)，EIS將不再是一項(xiàng)只有少數(shù)人理解和采用的小眾技術(shù)。
當(dāng)EIS逐漸普及以后，它的潛力將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。
屆時(shí)，終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和工程師可以更加大膽地推動(dòng)技術(shù)邊界，在不必過度擔(dān)心電池可靠性和安全性的情況下，追求盡可能高的系統(tǒng)性能。
對(duì)我來說，這種設(shè)計(jì)自由度，就是EIS能夠帶來的最大影響。
主持人：我非常認(rèn)同你剛才關(guān)于“推動(dòng)技術(shù)邊界”的觀點(diǎn)，因?yàn)檫@正是TI每天都在努力做的事情，也是公司各項(xiàng)工作的共同目標(biāo)。
感謝你今天參加討論，為我們介紹EIS、它的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、相關(guān)創(chuàng)新以及未來的發(fā)展方向。
正如你所說，電池行業(yè)正在快速發(fā)展，而EIS無疑將改變我們理解和管理電池的方式。
感謝你的分享。
Wenjia：不客氣，這是我的榮幸。
