大唐恩智浦：EIS技術(shù)商用化成功落地，新能源行業(yè)有望迎來變革

專注于新能源汽車和工業(yè)儲能兩大新興市場的大唐恩智浦，日前專為工業(yè)儲能系統(tǒng)應用推出了新款電池管理系統(tǒng)(BMS)芯片DNB1101A，可為每個單獨的電芯或并聯(lián)的一組電芯提供多種傳感功能，包括電壓監(jiān)測、溫度監(jiān)測和電化學阻抗譜(EIS)監(jiān)測。

眾所周知，相比電動汽車，工業(yè)儲能技術(shù)對電池管理芯片在高性能、穩(wěn)定性、安全上的要求同樣嚴格。因此，能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)在線測量電池電化學阻抗譜，就成為DNB1101A當仁不讓的核心亮點之一。

大唐恩智浦半導體有限公司CTO埃爾文赫蒙在接受《電子工程專輯》采訪時表示，DNB1101A中集成的EIS功能有以非常高的精度測量不同頻率下電池電化學阻抗的能力，可以通過進一步計算獲得過熱風險、析鋰程度、老化程度等電池內(nèi)部狀態(tài)的深度安全信息，也可以為進一步的電池性能優(yōu)化建立基礎，例如獲取更高功率、更快充電效率、提升里程等。

目前為止，EIS測量只能在實驗室中使用較為龐大的設備進行。但DNB1101A將EIS功能直接集成在芯片上，而該芯片可以集成在電池電極上，甚至集成在電池內(nèi)部，實現(xiàn)系統(tǒng)在線EIS監(jiān)測。

“通過片上EIS和系統(tǒng)高集成度，我們實現(xiàn)了更出色的電池性能、更高的安全級別、更少的系統(tǒng)BOM成本、更簡化的BMS系統(tǒng)。事實上，相比目前在行業(yè)中使用的任何其他系統(tǒng)，我們的系統(tǒng)都能更早地對電池單元的失效進行預警，這點非常關鍵?！卑栁?赫蒙說。

此外，DNB1101A還在片上集成了溫度傳感器用于電芯溫度測量，這樣就不再需要外部熱敏電阻及其外圍電路，有利于優(yōu)化系統(tǒng)BOM，且每個邏輯電芯都有溫度監(jiān)控覆蓋，有利于達到更好的電池包內(nèi)溫度一致性?？煽啃苑矫?，大唐恩智浦方面承諾嚴格遵守可靠性鑒定標準，確保DNB1101A在其15年的使用壽命內(nèi)完全符合規(guī)格要求。

作為一款單電池BMS產(chǎn)品，顧名思義，DNB1101A只監(jiān)視和管理1個電池單元。“這是一個有意識的選擇，以確保我們的BMS產(chǎn)品能夠靠近每個單元?！卑栁?赫蒙解釋稱，“這種接近性對于能夠更精確地測量阻抗(EIS功能)以及消除整個電池的復雜性(減少BMS電子板、連接器、線纜……)非常重要，“這樣一來，我們的芯片只需要很少的外部元件，就可以把所有電子元件直接放在電池的頂部，從而提高電池包能量密度，降低系統(tǒng)成本?！?/p>

在BMS系統(tǒng)中，多個DNB1101A通過差分總線連接在一起，所有電芯采集數(shù)據(jù)都可以提供給中央計算系統(tǒng)。同時，DNB1101A集成了豐富的診斷功能，支持電池過壓、欠壓、過溫、低溫報警，以及與芯片相關的異常報警，并提供內(nèi)部均衡和外部均衡兩種均衡方式。均衡命令由中央計算機通過差分總線進行編程，而DNB1101A將根據(jù)這些命令執(zhí)行均衡操作。

DNB1101A系統(tǒng)應用框圖

在性能方面，DNB1101A為EIS測量提供了非凡的測量信噪比，因此可用于極低歐姆大容量電池；對于電壓和溫度測量，DNB1101A被設計為能夠準確測量所有主流電池(包括NCM和LFP電池)；差分菊花鏈通信方式可以單鏈支持最多250串電芯，并且所有傳感數(shù)據(jù)可以在幾毫秒內(nèi)快速傳輸回主控制器。

以創(chuàng)新發(fā)力兩大新興市場

在談及為何將新能源汽車和工業(yè)儲能作為大唐恩智浦著重發(fā)力的兩大市場時，埃爾文?赫蒙表示，隨著氣候變化和21國集團(COP21)制定的激進目標，汽車行業(yè)需要朝著可持續(xù)交通的方向加速發(fā)展。為了減少污染和氣候變化，電動汽車在世界各地，特別是在中國，都在加速發(fā)展。其中，電池效率(可行駛的范圍)以及成本(電池仍然是汽車中最昂貴的部件)成為了決定性的因素。

與此同時，工業(yè)領域的需求也在快速增長，尤其是為可再生能源儲存、并網(wǎng)/離網(wǎng)、服務器和電信基站提供能源支持的應用。例如，隨著5G的出現(xiàn)，新要求需要即使在電力供應中斷的情況下，也要確保相關基礎設施能夠繼續(xù)運行。

實際上，從技術(shù)角度來說，新能源汽車和工業(yè)儲能在電子監(jiān)控和電池管理方面是非常相似的：兩者都涉及電壓和溫度監(jiān)測，以確保電池的安全運行；都與均衡相關，以確保每個電池的電量一致；也都關注EIS測量，希望能夠?qū)崿F(xiàn)更快的充電、更準確的健康狀態(tài)描述和更高的安全性。

“上述這一切的實現(xiàn)，都需要創(chuàng)新的電池系統(tǒng)和BMS設備?！卑栁?赫蒙指出，“未來，AFE IC領域的技術(shù)趨勢之一將是根據(jù)不斷提高的安全要求，基于創(chuàng)新的傳感技術(shù)建立深度的電池狀態(tài)信息。因此，另一個趨勢將是系統(tǒng)硬件和軟件架構(gòu)的演變，以實現(xiàn)價值鏈集成?！?/p>

近年來，知名半導體大廠的本土轉(zhuǎn)移趨勢很明顯。而且，即便在國內(nèi)，同行之間的競爭同樣激烈。因此，大唐恩智浦要想在激烈的競爭中站穩(wěn)腳跟，今后在技術(shù)和產(chǎn)品路線圖方面，會采取哪些有效的應對策略，就頗引人關注。

對此，埃爾文?赫蒙回應稱，大唐恩智浦的使命是為電動汽車和能源存儲行業(yè)提供創(chuàng)新且具有獨特價值的電池管理芯片產(chǎn)品和解決方案。事實上，大唐恩智浦在EIS傳感技術(shù)方面是處于市場領先地位的——不僅完成了EIS IP的片上集成，使電池系統(tǒng)開發(fā)者能夠了解電池的深度狀態(tài)，優(yōu)化電池的使用，提高電池的功率極限，早期預測安全風險，還開發(fā)了其他核心IP，并且所有IP一起能夠在非常復雜的電池系統(tǒng)環(huán)境中實現(xiàn)協(xié)同工作。再配合已量產(chǎn)多年的先進BCD晶圓技術(shù)，成熟的開發(fā)流程，最高安全級別的ISO26262認證，大唐恩智浦有信心成為客戶的首選合作伙伴。

但事情的發(fā)展從來都不會一帆風順，即便擁有大唐和恩智浦兩大核心股東的大唐恩智浦也不例外，人才和芯片短缺曾給公司的發(fā)展一度造成了不小的壓力。

埃爾文赫蒙對記者說，設計混合信號集成電路需要最好和最有經(jīng)驗的工程師，所有公司都在努力吸引這些稀有人才。公司此前的確經(jīng)歷了一些不必要的損耗，，失去了一些開發(fā)新產(chǎn)品的設計師。但幸運的是，在努力吸納人才的同時，大唐恩智浦在全球擁有多個研發(fā)中心，當有一處面臨困難時，公司會設法利用其他資源繼續(xù)研發(fā)工作。

“沒錯，我們也同樣看到了IC短缺的壓力。芯片制造能力，包括前端和后端，是非常關鍵的?！钡硎?，得益于專業(yè)的運營團隊，大唐恩智浦已經(jīng)與多家制造商簽訂了制造服務協(xié)議，可以做到相互支持。同時，考慮到產(chǎn)能不足的現(xiàn)狀仍將會持續(xù)相當長的一段時間，公司也正在積極建立額外的產(chǎn)能保證機制，以緩解來自供應鏈的風險。

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