Récemment, avec le développement et le lancement réussi par NXP Semiconductors du premier jeu de puces de système de gestion de batterie (BMS) à spectroscopie dimpédance électrochimique (EIS) basé sur un mécanisme de synchronisation au niveau matériel, les industries des véhicules à énergie nouvelle et du stockage dénergie devraient connaître une innovation technologique marquante en 2025.

Passage du suivi traditionnel au diagnostic de précision

Pendant longtemps, les BMS traditionnels reposaient principalement sur des capteurs externes tels que la température et la tension pour surveiller létat de la batterie. Cette méthode de surveillance présente un retard de plusieurs minutes dans la perception des changements dynamiques à lintérieur des cellules de la batterie, ce qui rend difficile la fourniture dalertes précoces pour les risques demballement thermique. La technologie EIS de NXP surveille lensemble du bloc-batterie en envoyant des signaux dexcitation électrique contrôlés, transformant avec succès les capacités de diagnostic des cellules au niveau du laboratoire en applications pratiques. Cela permet de surmonter efficacement les goulets détranglement techniques susmentionnés et fournit une nouvelle voie technique pour résoudre les défis clés de lindustrie tels que lemballement thermique des batteries, la sécurité de la charge rapide et la dégradation de la durée de vie.

Le défi clé de la mise en œuvre de la technologie EIS réside dans la garantie dun alignement temporel précis entre le signal dexcitation et le signal dacquisition. Seul cet objectif permet de calculer avec précision le déphasage de limpédance de la cellule, et donc de déduire létat interne de la cellule. Zhu Yuping, directeur du marketing délectrification pour la Grande Chine de NXP Semiconductors, a expliqué que NXP a construit une architecture robuste en « triangle de fer » en utilisant le capteur de cellule BMA7418, la passerelle de communication BMA6402 et le contrôleur de boîtier de jonction de batterie BMA8420, réussissant ainsi la première synchronisation nanoseconde au niveau matériel de lindustrie avec une précision temporelle de 150 nanosecondes. Cela marque un développement fulgurant de la « surveillance en retard » au « diagnostic de précision ».

Comparé aux solutions techniques de certains concurrents qui nécessitent des modules dexcitation supplémentaires, NXP prend pleinement en compte les coûts dapplication industrielle et adopte une conception de boîtier compatible en termes de brochage. Les systèmes BMS existants ont seulement besoin de mettre à niveau la puce dorigine (par exemple, la puce 7118) vers le BMA7418 et de mettre à jour le logiciel MCU en conséquence pour activer la fonction EIS, sans avoir à reconcevoir larchitecture matérielle. De plus, cette technologie utilise intelligemment le contrôleur de précharge existant et les condensateurs du bus DC à lintérieur du bloc-batterie pour générer des signaux dexcitation, évitant ainsi des investissements matériels supplémentaires et abaissant considérablement la barrière à ladoption de la technologie.

En injectant des signaux électriques contrôlés avec une plage de fréquences de 0,1 Hz à 1 kHz dans les cellules, le système EIS peut obtenir des données de réponse des cellules sur différentes bandes de fréquences : les hautes fréquences reflètent les caractéristiques dimpédance de la solution électrochimique, les moyennes fréquences représentent limpédance de transfert de charge, et les basses fréquences sont corrélées à létat de diffusion des ions lithium.

Limpédance est étroitement liée au comportement électrochimique de la batterie

Cette technologie peut surveiller en temps réel la température interne des cellules sans dépendre de capteurs de température intégrés, se libérant ainsi de la dépendance aux capteurs externes des solutions traditionnelles. En même temps, elle peut identifier précocement le risque de placage au lithium, réduisant à la source la possibilité daccidents de court-circuit, ajoutant ainsi une ligne de défense critique pour la sécurité des batteries. En ce qui concerne lévaluation de létat de santé (SoH) de la batterie, la précision de la technologie EIS est nettement supérieure à celle des systèmes BMS traditionnels. Par rapport aux méthodes destimation traditionnelles de létat de santé de la batterie, ses résultats dévaluation sont plus proches de la dégradation réelle de la batterie, améliorant efficacement la fiabilité de la gestion de la batterie.

Solutions différenciées pour les applications tous domaines

Actuellement, la technologie EIS de NXP est entrée en phase de preuve de concept (POC) avec plusieurs constructeurs automobiles. Selon la feuille de route, cette technologie devrait atteindre une application commerciale au début de lannée 2026, et dici 2030, elle devrait devenir une configuration standard de lindustrie, démontrant une adaptabilité technique significative dans différents scénarios dapplication.

Dans le domaine des véhicules particuliers à énergie nouvelle, la technologie EIS résout efficacement la contradiction industrielle entre « efficacité de charge rapide et sécurité » et « durée de vie de la batterie et expérience utilisateur ». Dans les scénarios de charge rapide, le système peut ajuster dynamiquement le courant de charge en fonction de létat en temps réel des cellules, permettant un réapprovisionnement énergétique efficace tout en garantissant la sécurité. En même temps, en suivant avec précision le processus de dégradation des cellules, il fournit un support de données fiable pour les applications de seconde vie des batteries, contribuant à maximiser la valeur de la batterie tout au long de son cycle de vie. Actuellement, certains constructeurs automobiles ont prévu davancer la mise en œuvre pilote de cette technologie. Selon les plans de lindustrie, la production et lapplication en série seront progressivement réalisées en 2026, accélérant sa pénétration sur le marché des véhicules particuliers.

Dans les scénarios de stockage dénergie, en particulier les projets de stockage à grande échelle côté production, les exigences en matière de gestion des batteries diffèrent considérablement de celles des véhicules particuliers. Les batteries de stockage dénergie doivent fonctionner de manière continue et stable dans un environnement statique pendant 15 à 25 ans, et une seule défaillance pourrait entraîner des pannes de courant à grande échelle. NXP a optimisé la solution technique EIS pour ce scénario, en tirant parti des équipements existants dans le système de stockage dénergie pour générer des signaux dexcitation appropriés, répondant ainsi aux besoins de surveillance des cellules de grande capacité. Cela fournit un support technique pour le fonctionnement sûr à long terme des batteries de stockage dénergie. Actuellement, cette technologie a attiré lattention de lindustrie et devrait être incluse dans la planification de la R&D pour les systèmes de stockage dénergie de nouvelle génération, contribuant à réduire les risques de défaillance et à optimiser léconomie dexploitation.

Dans les domaines dapplication des véhicules commerciaux et de la robotique, la technologie EIS démontre également une valeur pratique. Dans les scénarios de véhicules commerciaux, le système peut ajuster en temps réel le courant de décharge en fonction des conditions de fonctionnement, réduisant les pertes de cellules dans des conditions de forte charge. Dans les scénarios de robotique, en évaluant avec précision létat de santé de la batterie, les remplacements inutiles de batteries peuvent être évités, contribuant ainsi à maîtriser les coûts de maintenance et dexploitation. Actuellement, NXP a initié des collaborations techniques avec plusieurs fabricants de robots pour promouvoir la mise en œuvre de cette technologie dans le domaine de la robotique, accélérant son adoption dans des scénarios spécifiques.

Redéfinir le paysage concurrentiel de la gestion des batteries

Lémergence de la technologie EIS de NXP redéfinit le paysage concurrentiel de lindustrie de la gestion des batteries sous trois dimensions : loptimisation des coûts, la gestion de la sécurité et la collaboration au sein de la chaîne industrielle.

Les systèmes BMS traditionnels nécessitent généralement plusieurs types de capteurs installés à lintérieur du bloc-batterie pour garantir la sécurité, ce qui entraîne des coûts globaux relativement élevés. La technologie EIS réalise une surveillance multidimensionnelle grâce à des algorithmes logiciels avancés, réduisant le nombre de capteurs externes et optimisant efficacement la structure des coûts. Plus important encore, la technologie EIS déplace le centre de compétition de la gestion des batteries de la configuration matérielle vers les capacités des algorithmes logiciels et de la modélisation des données. Le logiciel daccompagnement pour la plateforme S32K358 de NXP permet aux clients de personnaliser les paramètres de surveillance selon leurs besoins, abaissant considérablement la barrière dentrée technique pour lindustrie et créant les conditions pour que davantage dentreprises participent à linnovation en matière de technologie de gestion des batteries.

Au niveau de la gestion de la sécurité, la technologie EIS réalise un changement critique de la « gestion après incident » à l« alerte avant incident » dans la gestion de la sécurité des batteries. Dans les scénarios de test pertinents, le système EIS peut émettre des alertes précoces lorsque des anomalies apparaissent à un stade précoce dans les cellules (par exemple, les premiers stades du placage au lithium). Comparé aux systèmes BMS traditionnels qui déclenchent des alarmes uniquement lorsque les problèmes de cellules deviennent plus apparents, cela laisse suffisamment de temps pour une réponse durgence, améliorant considérablement la proactivité de la protection de la sécurité des batteries.

Par le passé, il existait une barrière de données claire entre les fabricants de cellules et les constructeurs de véhicules. Les fabricants de cellules possèdent les paramètres dusine des cellules mais ont du mal à accéder aux données détat en temps réel pendant lutilisation réelle. Les constructeurs de véhicules disposent des données dutilisation des batteries mais manquent des modèles de conception dorigine des cellules, ce qui rend difficile la réalisation dune gestion précise de la batterie et affecte les performances globales et la sécurité.

Lémergence de la technologie EIS brise efficacement cette barrière de données entre les deux parties. En prenant lexemple dun cas de collaboration au sein de lindustrie, les sociétés de cellules et les fournisseurs de technologies intègrent les données de surveillance EIS dans le système de retour dinformation sur la qualité des cellules. En analysant les données opérationnelles réelles de différents modèles de véhicules, ils peuvent optimiser en retour la conception des cellules et les processus de production, améliorant ainsi davantage la durée de vie des cellules. Cela favorise la transition de lindustrie de linnovation technologique ponctuelle vers linnovation dintégration systémique, accélérant la formation dune nouvelle configuration de développement collaboratif à travers la chaîne industrielle.