BMS nirkabel menghilangkan kabel, menambahkan kecerdasan ke setiap sel baterai

Pergeseran ke arah elektrifikasi, terutama dengan kendaraan listrik, berarti pemantauan baterai akan menjadi sangat penting untuk keselamatan dan kinerja seumur hidup. Berharap dapat mengganggu pasar sistem manajemen baterai (BMS), Dukosi yang berkantor pusat di Inggris telah mengembangkan BMS nirkabel yang menempatkan chip dan perangkat lunak yang disematkan pada setiap sel baterai untuk menghilangkan kumpulan kabel dan memasukkan kecerdasan ke dalam baterai itu sendiri.

Kami berbicara dengan Joel Sylvester, pendiri dan chief technology officer Dukosi, untuk menjelaskan perbedaan solusi perusahaan dengan solusi BMS nirkabel yang sudah ada di pasaran, dan apa artinya bagi industri baterai.

Dia berkata, “Apa yang kami kembangkan adalah perangkat pemantauan sel untuk digunakan dalam paket baterai lithium-ion tegangan tinggi yang sangat besar, dari jenis yang akan Anda temukan di kendaraan listrik, bus listrik, aplikasi kelautan, aplikasi penyimpanan energi jaringan. Pada dasarnya, apa pun yang membutuhkan baterai besar akhir-akhir ini pindah ke atau telah pindah ke kimia lithium-ion dan Anda perlu memantau sel-sel itu dengan sangat cermat. Ada banyak energi di dalamnya. Anda harus sangat memperhatikan voltase sel, suhu, dan sebagainya agar paket tetap aman dan bertahan selama mungkin.”

“Apa yang kami kembangkan adalah chip silikon dan perangkat lunak yang menyertainya yang memungkinkan Anda memantau tegangan, arus, suhu, dan banyak hal lain yang menjadi karakteristik sel ion litium.”

Jadi bagaimana Dukosi mengganggu? Dia berkata, “Yang mengganggu adalah ketika Anda memasukkan chip ke dalam sel. Sekarang Anda memiliki sel cerdas yang dapat Anda konfigurasikan ke dalam kemasan baterai dengan berbagai ukuran, bentuk, konfigurasi. Anda dapat membuat beberapa produk baterai menggunakan sel yang sama dalam sel cerdas yang sama. Itu lebih mengganggu karena mengubah cara industri baterai akan mendekati cara mereka memantau dan mengelola baterai mereka.”

Dia mengatakan bahwa ketika berbicara dengan calon pelanggan hal yang selalu muncul pertama adalah tentang menyingkirkan kabel harness. “Produsen paket membenci mereka. Yang mereka lakukan hanyalah mengurangi keandalan, menciptakan masalah keamanan, biaya desain, pembuatan, dan pemasangannya mahal, jadi menyingkirkan rangkaian kabel selalu menjadi yang pertama; setelah itu, itu adalah kualitas pengukuran. Kita dapat melakukan pengukuran suhu pada setiap sel dengan cara yang persis sama, posisi pada setiap sel. Itu memungkinkan mereka untuk meningkatkan kinerja paket baterai mereka.”

Perlunya pengelolaan baterai

Dapat diterima bahwa pemantauan baterai sangat penting untuk keselamatan dan kinerja masa pakai terbaik, terutama di EV, tetapi metode pemantauan saat ini merupakan evolusi dari teknik lama yang rumit, menurut Dukosi. Perusahaan tersebut mengatakan bahwa pendekatan nirkabel baru yang sesungguhnya juga dapat memanfaatkan keunggulan komputasi tepi yang cepat dan fleksibel.

Fungsi utama BMS adalah menjaga pengisian dan pengosongan yang aman, mengurangi risiko degradasi sel, kerusakan, dan bahkan kebakaran. Namun, manfaatnya lebih dari itu, mengetahui status pengisian daya (SoC) baterai secara akurat memungkinkan jangkauan kendaraan ditentukan, mengurangi 'kecemasan jangkauan' dan mengurangi waktu pengisian daya.

Selain itu, akumulasi informasi yang dipantau seperti suhu, voltase, dan siklus pengisian/pengosongan dari waktu ke waktu dapat menunjukkan status kesehatan baterai (SoH). Seiring bertambahnya usia armada EV, SoH baterai dapat menjadi pemecah kesepakatan untuk penggunaan 'kehidupan kedua', baik dalam penjualan kembali mobil, atau penggunaan ulang paket baterai dalam aplikasi lain yang tidak terlalu berat seperti penyimpanan energi jaringan. Memaksimalkan masa pakai baterai akan mengurangi biaya masa pakai baterai, serta meminimalkan frekuensi dan biaya daur ulang, sehingga mengurangi dampak lingkungan dari transportasi secara umum.

Kabel bermasalah

Pemantauan baterai telah diakui selama beberapa dekade di industri dan telekomunikasi, di mana pencadangan untuk sistem kritis penting. Rangkaian baterai timbal-asam 48V yang memberi makan UPS di peternakan server dapat membeli kabel yang menghubungkan perangkat keras pemantauan terpusat yang besar ke setiap sel, tetapi membawa prinsip ke EV dengan string sel hingga 800V di lingkungan yang sangat berisi dan keras adalah bukan solusi ideal.

Namun, itulah bagaimana BMS saat ini biasanya diterapkan, dan karena tegangan tinggi dan risiko abrasi kawat dengan getaran, koneksi kabel ke sel dalam string harus terlalu besar untuk sinyal yang mereka bawa, dengan berat dan ruang yang terkait. denda, belum lagi biaya pemasangan.

Pemantauan baterai 'nirkabel' untuk EV akan menjadi solusi yang jelas untuk mengatasi tantangan ini. Solusi ada yang telah berevolusi dari arsitektur modular yang lebih tua, di mana voltase sejumlah sel dalam string dipantau. Nilai analog yang dihasilkan dimultipleks dalam salah satu dari sejumlah modul yang ada di dalam paket baterai, 'didigitalkan' dan kemudian diteruskan melalui tautan RF ke prosesor pusat.

Jumlah sel yang dipantau biasanya 12 atau 14, dibatasi oleh peringkat tegangan multiplexer, dengan setiap sel menambahkan sekitar 3,7V. Jumlah sel yang dipantau diatur untuk meningkat menjadi 16 atau lebih tinggi, untuk mengurangi jumlah multiplexer yang dibutuhkan, tetapi ini hanya memperkuat kebutuhan untuk menggunakan teknologi tegangan tinggi dalam proses fabrikasi IC. Ini menghalangi penggabungan yang mudah dari agregasi dan pemrosesan data lokal yang oleh karena itu harus dilakukan secara terpusat, menciptakan hambatan dalam koneksi RF.

Kerugian yang lebih signifikan adalah bahwa akurasi pengukuran setiap tegangan sel multipleks menurunkan string dan koneksi kabel fisik yang lebih panjang ke setiap sel diperlukan. Pick-up kebisingan adalah perhatian tambahan. Perhatian harus diberikan pada lokasi antena RF, untuk memastikan setiap modul memiliki 'line-of-sight' ke penerima pusat, atau jaringan mesh yang kompleks dan tidak dapat diprediksi harus dibangun, membuat kecepatan data dan latensi tidak dapat diprediksi.

Masukkan komputasi 'tepi' untuk baterai

Oleh karena itu, Dukosi mengadopsi gagasan komputasi 'tepi' – memantau sel secara individual dengan pemrosesan lokal untuk menafsirkan pembacaan dan secara nirkabel mengirimkan data instan dan agregat dari waktu ke waktu dalam bentuk histogram yang dibuat oleh perangkat lunak tertanam yang dipatenkan.

Perusahaan mengatakan perangkat keras berdaya ultra-rendahnya adalah chip CMOS kecil yang ditenagai oleh sel baterai yang dipantau, sehingga teknologi IC kompatibel dengan inti dan memori prosesor umum. Tidak diperlukan multiplexing sinyal analog, sehingga presisi dioptimalkan dan chip dipasang langsung di sel untuk akurasi pengukuran maksimum baik tegangan maupun suhu lokal.

Masalah koneksi ke antena diselesaikan dengan penggunaan teknologi NFC yang dipatenkan. Mirip dengan loop induktif untuk pembayaran 'tanpa kontak', loop kawat tunggal tegangan rendah yang tipis diarahkan di sekitar baterai, dekat dengan setiap monitor Dukosi, secara longgar digabungkan ke dalam loop pada sensor dengan beberapa milimeter pemisahan fisik. Hal ini memastikan koneksi data yang cepat dan kuat tetapi cukup untuk menyediakan isolasi listrik yang diperlukan untuk voltase paket baterai tertinggi dengan mudah. Setiap IC memiliki pengidentifikasi unik dan disurvei melalui koneksi NFC oleh manajer radio yang mengontrol proses komunikasi dan meneruskan data ke elektronik manajemen kendaraan. Seluruh sistem dirancang agar aman, sebagai komponen ASIL C dari baterai dengan nilai ASIL D.

Menempatkan kecerdasan yang 'selalu aktif' pada baterai, bahkan saat EV tidak digunakan, membuka peluang untuk pencatatan jangka panjang penggunaan dan data kinerja yang dapat diartikan sebagai keadaan sehat dan bahkan dipertahankan sebagai asalnya baterai pada setiap titik dalam hidupnya. Dengan pengurangan biaya perangkat keras, pemasangan kabel, dan pemasangan, manfaat seumur hidup dari sistem semacam itu dapat berguna di semua jenis kendaraan listrik, serta dalam aplikasi penyimpanan energi yang lebih luas.

Sylvester menjelaskan bagaimana Dukosi melakukan BMS nirkabel secara berbeda. Dia berkata, “Anda perlu melakukan pengukuran pada sel lithium-ion. Tetapi perangkat yang saat ini ada di pasaran dari beberapa perusahaan semikonduktor ternama terlihat hampir sama persis dengan yang tersedia di akhir 1990-an. Itu tidak benar-benar berkembang banyak pada waktu itu. Cara teknologi telah pergi ke tempat lain adalah mencoba untuk menangani lebih banyak sel pada saat yang sama, jadi 12 sel, 14 sel, 16 sel dan itu membawa mereka ke rute tertentu untuk mencoba pergi ke tegangan yang lebih tinggi dan lebih tinggi.”

“Produk kami hanya melakukan satu sel pada satu waktu, jadi Anda membutuhkan lebih banyak dari mereka. Tapi itu membuat pengukuran pada sel itu dengan sangat baik:kami memiliki akurasi pengukuran terdepan di industri. Kita dapat mengukur suhu pada setiap sel. Kami dapat menjalankan algoritme pada sel untuk memberi tahu Anda apa status pengisian daya atau status kesehatan, atau banyak karakteristik lain dari sel lithium-ion, kami dapat melakukannya dengan sangat, sangat baik pada satu sel dan kemudian Anda dapat menghubungkannya semua bersama-sama sangat mudah ke dalam jaringan baterai. Tidak ada konektor tambahan. Tidak ada harness kabel atau semua barang lain di sana. Itu semua hilang.”

“Jaringan baterai itu kemudian memberi tahu Anda semua yang perlu Anda ketahui tentang sistem baterai. Anda mengambil kabel, Anda mengambil konektor, Anda mengambil semua struktur mekanis yang Anda butuhkan untuk mendukung mereka dan pastikan mereka tidak jenis jalinan, memindahkan pengukuran, sensor, langsung ke titik di mana Anda perlu melakukan pengukuran.”

Anda akan dapat mendengar wawancara lengkap dengan Joel Sylvester di tepi tertanam dengan podcast Nitin .