隨著車輛電動化以及儲能系統(Energy Storage System ,ESS)的普及持續擴大,電池已成為支撐現代基礎設施不可或缺的核心元件,使電池安全的重要性日益提高。尤其是在電池系統容量與輸出功率持續提升的情況下,市場對能夠及早偵測電芯內部短路、異常發熱等徵兆,以避免重大故障與事故的技術需求正快速增加。
傳統電池系統主要透過電壓、電流及溫度來推估電池狀態,但難以直接掌握電池內部所發生的變化。相較之下,EIS(電化學阻抗頻譜)量測可透過阻抗特性定量掌握電池內部狀態的變化,因此被期待應用於健康狀態(SOH)估算、內部溫度推估,以及電芯異常的早期偵測。然而迄今為止,EIS評估主要仍在具備專用量測設備的實驗室環境中進行。若要將EIS導入實際應用,則必須面對熱管理與雜訊抑制、依據運作狀況控制量測時機,以及開發取得資料所需的EIS分析演算法等多項挑戰。
為了解決上述問題,新唐開發了搭載EIS功能的第六代電池監測IC「KA85010UA」。透過電感式方法抑制發熱,並可在運轉、充電與靜置等廣泛工作狀態下執行EIS量測。此外,新唐亦提供運用與汽車製造商及研究機構共同驗證所累積的EIS分析演算法,協助客戶更快速將電池診斷解決方案商品化。
本產品除具備電池監測功能外,還將基於EIS的阻抗量測功能整合於單一晶片中。EIS是一種對電池施加交流電流,並根據所得電壓與電流響應計算阻抗的技術。藉此可在系統內部執行EIS量測,而不再需要以往所需的專用量測設備,從而實現對電池內部狀態的持續監測與診斷
藉由EIS所取得的阻抗特性,在不同頻率區域可反映不同的電池內部資訊:
因此,EIS能夠定量評估僅依靠電壓、電流與溫度難以掌握的電池內部狀態,進而實現SOH推估、內部溫度推估、電池壽命預測及電芯異常的早期偵測,提升車輛與儲能系統的電池安全性。
EIS量測需要利用電路對電池施加交流電流。傳統電阻式方法須讓數安培電流流經電阻,大部分能量會轉換為熱能消耗,因此發熱量大及耗電量高一直是重要課題。
本產品採用新唐自主開發的電感式方法,取代傳統電阻式方法。透過兩個開關元件(FET)控制電流方向,並利用線圈(電感器)儲存的能量循環形成交流電流,以產生量測電流,大幅降低能量損失。
根據評估結果,相較於傳統電阻式方法,本產品可同時降低約93%的功率損耗與PCB溫升。
此低功耗、低發熱特性可加速EIS功能導入車載電池及儲能系統,並可在運轉、充電及靜置等多種工作狀態下穩定取得EIS量測資料,有助於實現更先進的電池狀態監控與診斷。
利用EIS進行電池診斷,不僅僅是取得阻抗資料而已。為了善用這些資料,還必須具備進行SOH推估、內部溫度推估以及電芯異常偵測的分析技術。此外,實際商品化還需建立高精度阻抗量測環境、根據電池種類及用途開發專屬EIS分析演算法、建置實際系統所需軟體等多項技術支援。
新唐運用與汽車製造商及研究機構合作驗證所累積的EIS分析技術經驗,提供從EIS量測環境建置、電池資料取得與整理、估測功能及異常檢知功能實作,到最終整合至應用系統的一站式支援服務。
因此,即使是首次導入EIS功能的客戶,也能更容易建構電池診斷系統、加速系統啟動並縮短整體開發週期。