เมื่อไม่นานมานี้ NXP Semiconductors ประสบความสำเร็จในการพัฒนาและเปิดตัวชิปเซ็ตระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ที่ใช้เทคโนโลยี Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) แบบกลไกซิงโครไนซ์ระดับฮาร์ดแวร์เป็นเจ้าแรกของอุตสาหกรรม คาดว่าอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่และการกักเก็บพลังงานจะก้าวเข้าสู่นวัตกรรมทางเทคโนโลยีที่สำคัญในปี 2025

การอัปเกรดแบบก้าวกระโดดจากการตรวจสอบแบบดั้งเดิมสู่การวินิจฉัยที่แม่นยำ

เป็นเวลานานที่ระบบ BMS แบบดั้งเดิมอาศัยเซ็นเซอร์ภายนอก เช่น อุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าในการตรวจสอบสถานะของแบตเตอรี่ วิธีการตรวจสอบนี้มีความล่าช้าหลายนาทีในการรับรู้การเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกภายในเซลล์แบตเตอรี่ ทำให้ยากต่อการให้คำเตือนล่วงหน้าสำหรับความเสี่ยงจากการระบายความร้อนที่ไม่สามารถควบคุมได้ เทคโนโลยี EIS ของ NXP ตรวจสอบชุดแบตเตอรี่ทั้งหมดโดยการส่งสัญญาณกระตุ้นทางไฟฟ้าที่ควบคุมได้ แปลงความสามารถในการวินิจฉัยเซลล์ในระดับห้องปฏิบัติการให้เป็นการใช้งานจริงได้สำเร็จ ซึ่งสามารถทะลุผ่านอุปสรรคทางเทคนิคดังกล่าวได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเป็นเส้นทางเทคนิคใหม่ในการแก้ปัญหาหลักของอุตสาหกรรม เช่น การระบายความร้อนที่ไม่สามารถควบคุมได้ของแบตเตอรี่ ความปลอดภัยในการชาร์จเร็ว และการเสื่อมสภาพของอายุการใช้งาน

ความท้าทายหลักในการนำเทคโนโลยี EIS ไปใช้คือการทำให้การซิงโครไนซ์เวลาระหว่างสัญญาณกระตุ้นและสัญญาณเก็บข้อมูลมีความแม่นยำ เฉพาะเมื่อบรรลุเป้าหมายนี้จึงจะสามารถคำนวณความต่างเฟสของอิมพีแดนซ์ของเซลล์ได้อย่างแม่นยำ และอนุมานสถานะภายในของเซลล์ได้ Zhu Yuping ผู้อำนวยการฝ่ายการตลาดด้านระบบไฟฟ้าของ NXP Semiconductors ประเทศจีนตอนใหญ่ อธิบายว่า NXP ได้สร้างสถาปัตยกรรม "สามเหลี่ยมเหล็ก" ที่แข็งแกร่งโดยใช้เซ็นเซอร์เซลล์ BMA7418 เกตเวย์สื่อสาร BMA6402 และคอนโทรลเลอร์กล่องเชื่อมต่อแบตเตอรี่ BMA8420 ซึ่งประสบความสำเร็จในการซิงโครไนซ์ระดับนาโนวินาทีครั้งแรกของอุตสาหกรรมด้วยความแม่นยำ 150 นาโนวินาที นี่ถือเป็นการพัฒนาก้าวกระโดดจาก "การตรวจสอบที่ล่าช้า" สู่ "การวินิจฉัยที่แม่นยำ"

เมื่อเปรียบเทียบกับโซลูชันทางเทคนิคของคู่แข่งบางรายที่ต้องใช้โมดูลกระตุ้นเพิ่มเติม NXP คำนึงถึงต้นทุนการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอย่างเต็มที่ โดยใช้การออกแบบแพ็คเกจที่เข้ากันได้กับพิน ระบบ BMS ที่มีอยู่只需อัปเกรดชิปดั้งเดิม (เช่น ชิป 7118) เป็น BMA7418 และอัปเดตซอฟต์แวร์ MCU ที่เกี่ยวข้องเพื่อเปิดใช้งานฟังก์ชัน EIS โดยไม่ต้องออกแบบฮาร์ดแวร์ใหม่ นอกจากนี้ เทคโนโลยีนี้ยังใช้คอนโทรลเลอร์พรีชาร์จที่มีอยู่และตัวเก็บประจุ DC bus ภายในชุดแบตเตอรี่เพื่อสร้างสัญญาณกระตุ้นอย่างชาญฉลาด หลีกเลี่ยงการลงทุนฮาร์ดแวร์เพิ่มเติม และลดอุปสรรคในการนำเทคโนโลยีไปใช้อย่างมาก

โดยการฉีดสัญญาณไฟฟ้าที่ควบคุมได้ซึ่งมีช่วงความถี่ 0.1Hz ถึง 1kHz เข้าไปในเซลล์ ระบบ EIS สามารถรับข้อมูลการตอบสนองของเซลล์ในย่านความถี่ต่างๆ ได้แก่ ย่านความถี่สูงสะท้อนลักษณะอิมพีแดนซ์ของสารละลายเคมีไฟฟ้า ย่านความถี่กลางแสดงถึงอิมพีแดนซ์การถ่ายโอนประจุ และย่านความถี่ต่ำสัมพันธ์กับสถานะการแพร่ของลิเธียมไอออน

อิมพีแดนซ์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับพฤติกรรมเคมีไฟฟ้าของแบตเตอรี่

เทคโนโลยีนี้สามารถตรวจสอบอุณหภูมิภายในของเซลล์ได้แบบเรียลไทม์โดยไม่ต้องพึ่งพาเซ็นเซอร์อุณหภูมิในตัว หลุดพ้นจากการพึ่งพาเซ็นเซอร์ภายนอกในโซลูชันดั้งเดิม ในเวลาเดียวกัน สามารถระบุความเสี่ยงของการเกิดลิเธียมพลักได้ตั้งแต่เนิ่นๆ ลดความเป็นไปได้ของอุบัติเหตุลัดวงจรตั้งแต่ต้นทาง ซึ่งเป็นการเพิ่มแนวป้องกันที่สำคัญสำหรับความปลอดภัยของแบตเตอรี่ ในด้านการประเมินสถานะสุขภาพของแบตเตอรี่ (SoH) ความแม่นยำของเทคโนโลยี EIS เหนือกว่าระบบ BMS แบบดั้งเดิมอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการประมาณสถานะสุขภาพแบตเตอรี่แบบดั้งเดิม ผลการประเมินของมันใกล้เคียงกับการเสื่อมสภาพจริงของแบตเตอรี่มากขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของการจัดการแบตเตอรี่อย่างมีประสิทธิภาพ

โซลูชันที่แตกต่างสำหรับการประยุกต์ใช้ในทุกภาคส่วน

ปัจจุบัน เทคโนโลยี EIS ของ NXP ได้เข้าสู่ขั้นตอนการพิสูจน์แนวคิด (POC) กับผู้ผลิตรถยนต์หลายราย ตามแผนงาน เทคโนโลยีนี้คาดว่าจะบรรลุการประยุกต์ใช้เชิงพาณิชย์ในต้นปี 2026 และภายในปี 2030 คาดว่าจะกลายเป็นมาตรฐานของอุตสาหกรรม โดยแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับใช้ทางเทคนิคที่โดดเด่นในสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน

ในภาคยานยนต์โดยสารพลังงานใหม่ เทคโนโลยี EIS แก้ปัญหาความขัดแย้งของอุตสาหกรรมระหว่าง "ประสิทธิภาพการชาร์จเร็วและความปลอดภัย" และ "อายุแบตเตอรี่และประสบการณ์ผู้ใช้" ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในสถานการณ์การชาร์จเร็ว ระบบสามารถปรับกระแสชาร์จแบบไดนามิกตามสถานะปัจจุบันของเซลล์ ทำให้สามารถชาร์จพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่รับประกันความปลอดภัย ในเวลาเดียวกัน โดยการติดตามกระบวนการเสื่อมสภาพของเซลล์อย่างแม่นยำ ทำให้มีข้อมูลที่เชื่อถือได้สำหรับการประยุกต์ใช้แบตเตอรี่ในชีวิตที่สอง ช่วยเพิ่มมูลค่าของแบตเตอรี่ตลอดวงจรชีวิต ปัจจุบัน ผู้ผลิตรถยนต์บางรายได้วางแผนที่จะเร่งการทดลองใช้เทคโนโลยีนี้ ตามแผนอุตสาหกรรม การผลิตและการประยุกต์ใช้จำนวนมากจะค่อยๆ บรรลุในปี 2026 ซึ่งจะเร่งการแพร่กระจายในตลาดรถยนต์นั่งส่วนบุคคล

ในสถานการณ์การกักเก็บพลังงาน โดยเฉพาะโครงการกักเก็บขนาดใหญ่ทางฝั่งการผลิต ความต้องการในการจัดการแบตเตอรี่แตกต่างจากรถยนต์นั่งส่วนบุคคลอย่างมาก แบตเตอรี่กักเก็บพลังงานต้องทำงานอย่างต่อเนื่องและเสถียรในสภาพแวดล้อมที่คงที่เป็นเวลา 15-25 ปี และความล้มเหลวเพียงครั้งเดียวอาจทำให้เกิดไฟฟ้าดับในวงกว้าง NXP ได้ปรับโซลูชันทางเทคนิค EIS สำหรับสถานการณ์นี้ โดยใช้อุปกรณ์ที่มีอยู่ในระบบกักเก็บพลังงานเพื่อสร้างสัญญาณกระตุ้นที่เหมาะสม ตอบสนองความต้องการในการตรวจสอบเซลล์ความจุขนาดใหญ่ ซึ่งให้การสนับสนุนทางเทคนิคสำหรับการทำงานที่ปลอดภัยในระยะยาวของแบตเตอรี่กักเก็บพลังงาน ปัจจุบัน เทคโนโลยีนี้ได้รับความสนใจจากอุตสาหกรรมและคาดว่าจะถูกรวมอยู่ในแผนการวิจัยและพัฒนาของระบบกักเก็บพลังงานรุ่นต่อไป ช่วยลดความเสี่ยงของความล้มเหลวและเพิ่มประสิทธิภาพทางเศรษฐศาสตร์การดำเนินงาน

ในภาคยานยนต์เพื่อการพาณิชย์และการประยุกต์ใช้หุ่นยนต์ เทคโนโลยี EIS ก็แสดงให้เห็นถึงคุณค่าในทางปฏิบัติ ในสถานการณ์ยานยนต์เพื่อการพาณิชย์ ระบบสามารถปรับกระแสคายประจุแบบเรียลไทม์ตามสภาพการทำงาน ลดการสูญเสียของเซลล์ภายใต้สภาวะโหลดสูง ในสถานการณ์หุ่นยนต์ โดยการประเมินสถานะสุขภาพของแบตเตอรี่อย่างแม่นยำ ทำให้สามารถหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแบตเตอรี่ที่ไม่จำเป็น ช่วยควบคุมค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและการดำเนินงาน ปัจจุบัน NXP ได้เริ่มความร่วมมือทางเทคนิคกับผู้ผลิตหุ่นยนต์หลายรายเพื่อส่งเสริมการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในภาคหุ่นยนต์ เร่งการนำไปใช้ในสถานการณ์เฉพาะ

การปรับเปลี่ยนภูมิทัศน์การแข่งขันของการจัดการแบตเตอรี่

การเกิดขึ้นของเทคโนโลยี EIS ของ NXP กำลังปรับเปลี่ยนภูมิทัศน์การแข่งขันของอุตสาหกรรมการจัดการแบตเตอรี่ในสามมิติ ได้แก่ การเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุน การจัดการความปลอดภัย และความร่วมมือในห่วงโซ่อุตสาหกรรม

ระบบ BMS แบบดั้งเดิมมักต้องใช้เซ็นเซอร์หลายประเภทติดตั้งภายในชุดแบตเตอรี่เพื่อรับประกันความปลอดภัย ส่งผลให้ต้นทุนโดยรวมค่อนข้างสูง เทคโนโลยี EIS บรรลุการตรวจสอบหลายมิติผ่านอัลกอริทึมซอฟต์แวร์ขั้นสูง ลดจำนวนเซ็นเซอร์ภายนอก และเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างต้นทุนอย่างมีประสิทธิภาพ ที่สำคัญยิ่งกว่านั้น เทคโนโลยี EIS เปลี่ยนจุดแข่งขันของการจัดการแบตเตอรี่จากการกำหนดค่าฮาร์ดแวร์ไปสู่ความสามารถของอัลกอริทึมซอฟต์แวร์และการสร้างแบบจำลองข้อมูล ซอฟต์แวร์สนับสนุนสำหรับแพลตฟอร์ม S32K358 ของ NXP ช่วยให้ลูกค้าสามารถปรับแต่งพารามิเตอร์การตรวจสอบตามความต้องการ ลดอุปสรรคทางเทคนิคในการเข้าสู่อุตสาหกรรมอย่างมีนัยสำคัญ และสร้างเงื่อนไขให้องค์กรจำนวนมากขึ้นมีส่วนร่วมในนวัตกรรมเทคโนโลยีการจัดการแบตเตอรี่

ในระดับการจัดการความปลอดภัย เทคโนโลยี EIS บรรลุการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญจากการ "จัดการหลังเหตุการณ์" สู่ "การเตือนก่อนเหตุการณ์" ในการจัดการความปลอดภัยของแบตเตอรี่ ในสถานการณ์ทดสอบที่เกี่ยวข้อง ระบบ EIS สามารถออกคำเตือนล่วงหน้าเมื่อมีความผิดปกติในระยะเริ่มต้นปรากฏในเซลล์ (เช่น ระยะเริ่มต้นของการเกิดลิเธียมพลัก) เมื่อเปรียบเทียบกับระบบ BMS แบบดั้งเดิมที่เริ่มเตือนเมื่อปัญหาเซลล์ชัดเจนขึ้น ซึ่งให้เวลาเพียงพอสำหรับการตอบสนองฉุกเฉิน ช่วยเพิ่มความเชิงรุกของการป้องกันความปลอดภัยของแบตเตอรี่อย่างมีนัยสำคัญ

ในอดีต มีอุปสรรคด้านข้อมูลที่ชัดเจนระหว่างผู้ผลิตเซลล์และผู้ผลิตรถยนต์ ผู้ผลิตเซลล์มีพารามิเตอร์จากโรงงานของเซลล์ แต่ยากที่จะเข้าถึงข้อมูลสถานะแบบเรียลไทม์ระหว่างการใช้งานจริง ผู้ผลิตรถยนต์มีข้อมูลการใช้แบตเตอรี่ แต่ขาดแบบจำลองการออกแบบดั้งเดิมของเซลล์ ทำให้ยากต่อการบรรลุการจัดการแบตเตอรี่ที่แม่นยำ ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพโดยรวมและความปลอดภัย

การเกิดขึ้นของเทคโนโลยี EIS ทำลายอุปสรรคด้านข้อมูลระหว่างทั้งสองฝ่ายได้อย่างมีประสิทธิภาพ ยกตัวอย่างกรณีความร่วมมือในอุตสาหกรรม บริษัทเซลล์และผู้ให้บริการเทคโนโลยีรวมข้อมูลการตรวจสอบ EIS เข้าในระบบข้อเสนอแนะคุณภาพของเซลล์ โดยการวิเคราะห์ข้อมูลการทำงานจริงจากรุ่นรถยนต์ต่างๆ พวกเขาสามารถปรับการออกแบบเซลล์และกระบวนการผลิตในทางกลับกัน ซึ่งช่วยปรับปรุงอายุการใช้งานของเซลล์ให้ดียิ่งขึ้น สิ่งนี้ส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรมจากนวัตกรรมเทคโนโลยีแบบจุดเดียวไปสู่นวัตกรรมแบบบูรณาการระบบ เร่งการก่อตัวของรูปแบบใหม่ของการพัฒนาร่วมกันในห่วงโซ่อุตสาหกรรม