TI מכניסה בדיקת אימפדנס לשבב שמפקח על 26 תאי סוללה

מארז סוללות של רכב חשמלי או מאגר אנרגיה אינו סוללה אחת גדולה. הוא בנוי מעשרות או מאות תאים, ותא חלש אחד יכול להגביל את הטעינה, את ההספק ואת הבטיחות של המארז כולו. לכן מערכת ניהול הסוללה צריכה למדוד כל תא, להשוות בינו לבין שכניו ולמנוע מצב שבו תא אחד נטען או נפרק רחוק מדי.

כאן נכנס מוניטור תאים. זהו שבב שיושב קרוב לקבוצת תאים, מודד את המתח והטמפרטורה שלהם ומאזן תאים שצברו מעט יותר מטען מאחרים. במארז גדול מחברים כמה שבבים כאלה בשרשרת תקשורת אל בקר מרכזי. כל שבב נוסף מביא איתו מארז, מסננים, בידוד, חיווט, הספק ותוכנה שצריכה לדעת לדבר איתו.

החידוש הראשון של TI הוא ספירת הערוצים. BQ79826Z-Q1 מטפל ב־9 עד 26 תאים, לעומת עד 18 תאים ב־BQ79718B-Q1 מהדור הקודם. בחלוקה תאורטית של 104 תאים מדובר בארבעה שבבים במקום שישה; במארז של 250 תאים, עשרה במקום ארבעה־עשר. החיסכון האמיתי תלוי כמובן בדרך שבה היצרן מחלק את התאים למודולים. לא תמיד אפשר למלא את כל 26 הערוצים רק כדי לחסוך שבב.

אבל מתח הוא רק צילום רגעי. שני תאים יכולים להראות אותו מתח במנוחה, בזמן שאחד מהם מזדקן מהר יותר או מתקשה להעביר יוני ליתיום בזמן טעינה חזקה. חיישן טמפרטורה שמודבק מבחוץ רואה את החום רק אחרי שהוא עבר מתוך התא אל המארז. כדי לקבל מידע מוקדם יותר צריך למדוד התנהגות, לא רק נקודה אחת.

EIS, או ספקטרוסקופיית אימפדנס אלקטרוכימית, עושה בדיוק את זה. המערכת מזרימה דרך התא אות זרם קטן ומשתנה, ואז מודדת כמה מתח התקבל ובאיזה איחור ביחס לזרם. אפשר לדמיין נקישה עדינה על קיר: צליל אחד מגלה שהקיר מוצק, אבל סדרה של נקישות בקצבים שונים יכולה לרמוז מה נמצא מאחוריו. בסוללה, כל קצב מדגיש תהליך אחר.

בתדרים הגבוהים רואים בעיקר התנגדויות מהירות של המוליכים והאלקטרוליט. באזורי תדר אחרים מופיעה העברת המטען במפגש שבין האלקטרודה לאלקטרוליט, ושינויים שם יכולים להיות קשורים להזדקנות שכבת ההגנה שנוצרת על האלקטרודה. בתדרים נמוכים מאוד המדידה רגישה יותר לקצב שבו יוני הליתיום מתפזרים בתוך החומרים הפעילים. החיבור בין כל הנקודות יוצר מעין טביעת אצבע חשמלית של התא.

המנוע המשולב של TI מודד בין 0.01 הרץ ל־3.5 קילו־הרץ. בקצה הנמוך, מחזור אחד נמשך מאה שניות, ולכן סריקה תדר אחרי תדר עלולה להיות איטית מאוד. לפי המסמך הטכני של החברה, המנוע יכול לעורר עד חמישה תדרים באותו זמן. זה ההסבר ההנדסי לטענה של TI על מדידה מהירה פי חמישה: לא מפני שהתהליך הכימי נעשה מהיר יותר, אלא מפני שכמה נקודות בסריקה נאספות במקביל.

השבב עדיין אינו מעבדת EIS שלמה בתוך מארז יחיד. צריך מקור שייצר את זרם העירור, וצריך למדוד את זרם המארז ואת מתחי התאים באותו רגע בדיוק. TI מציעה לצרף את BQ79881-Q1 למדידת הזרם הכולל, ומציינת שאפשר להשתמש בממיר מתח, במטען, במאזן או בממיר ההנעה שכבר קיימים במערכת כדי ליצור את העירור. זו אינטגרציה טובה כאשר החומרה מתאימה, אבל היא דורשת שליטה במערכת הספק פעילה ולא רק חיבור של שבב נוסף לקווי המדידה.

המספרים מסבירים למה הסנכרון והרעש חשובים. TI מפרסמת דיוק אימפדנס של 1% בתנאי בדיקה של זרם עירור בן אמפר אחד ואימפדנס של 200 מיקרו־אוהם. המכפלה היא תגובת מתח של 200 מיקרו־וולט בלבד. במסמך החברה מופיעה גם דוגמה לתא של 100 אמפר־שעה עם אימפדנס של 500 עד 750 מיקרו־אוהם, שעשוי לדרוש עירור שיא של אמפר עד שניים. רעש ממיתוג המנוע, המטען או הממיר יכול להיות גדול מהאות שמנסים לחלץ.

TI מייחסת למדידה הזו שלושה שימושים מרכזיים: הערכת הטמפרטורה הפנימית, מעקב אחר הזדקנות ושיפור האזהרה מפני הידרדרות שעלולה להוביל לבריחה תרמית. בריחה תרמית היא שרשרת שבה תא מייצר חום מהר יותר מכפי שהוא מצליח לפזר אותו, עד שהתגובה מזינה את עצמה. מדידה חשמלית של כל תא עשויה לזהות שינוי לפני שחיישן חיצוני מרגיש חום או לחץ.

כאן צריך לעצור את המשפט השיווקי בזמן. מנוע EIS אינו מוציא פין דיגיטלי שאומר 'התא עומד להישרף'. הוא מחזיר מדידות תלויות תדר, והבקר צריך להשוות אותן למודל של כימיית התא, לטמפרטורה, לרמת הטעינה ולהיסטוריית ההזדקנות. יצרן מארז עדיין צריך לאסוף נתונים מתאים תקינים ופגומים, לבנות ספים, לבדוק אזעקות שווא ולהוכיח שהאלגוריתם עובד בתנאי הרכב. חיישני מתח, טמפרטורה, לחץ וגז אינם הופכים מיד למיותרים.

אותה טביעת אצבע יכולה לעזור גם בטעינה מהירה. אם אזור התדר הנמוך מראה שהליתיום מתקשה להתפזר בתוך האלקטרודה, הבקר יכול להוריד את זרם הטעינה במקום להמשיך לפי גבול קבוע ושמרני. בסוללות LFP, שבהן המתח נשאר כמעט שטוח לאורך חלק גדול מטווח הטעינה, מידע נוסף מהאימפדנס עשוי גם לשפר את הערכת מצב הטעינה. שוב, זו אפשרות לתוכנה מתוחכמת יותר ולא נוסחה אוניברסלית שמגיעה מוכנה בתוך השבב.

מסביב ל־EIS יש מוניטור סוללה מלא: ממיר מדידה נפרד לכל ערוץ, דיוק מתח של פחות מ־1.7 מיליוולט בין מינוס 40 ל־125 מעלות, איזון פסיבי עד 300 מיליאמפר, עשרים חיבורי חיישנים ותקשורת שרשרת של 2 מגה־ביט לשנייה או עד 4 מגה־ביט בשני ערוצי SPI. TI גם מפרסמת זמן גילוי ודיווח תקלה קצר מ־100 מילישניות למארז של 800 וולט או 250 תאים, במסגרת תנאי הבדיקה שלה.

זה לא שדרוג שמחליפים על אותו לוח. השבב החדש מגיע במארז של 100 רגליים ובגוף של 12 על 12 מילימטר, לעומת 64 רגליים ו־10 על 10 מילימטר ב־BQ79718B-Q1. הדגם הקודם מפרסם דיוק טיפוסי של פלוס־מינוס מיליוולט אחד, ואילו החדש מפרסם פחות מ־1.7 מיליוולט על פני כל טווח הטמפרטורה; אלה אינם נתונים שמנוסחים על אותו בסיס, אבל הם מספיקים כדי לא להניח שיותר ערוצים ו־EIS פירושם אוטומטית מדידת מתח מדויקת יותר. פחות שבבים בשרשרת אינם מבטיחים לוח קטן יותר לפני שסופרים את המארז הגדול, מקור העירור ושאר הרכיבים שנחסכו או נוספו.

TI כבר פרסמה את TIDA-010978, תכנון ייחוס ליחידות של 52 או 104 תאים שאפשר לחבר למערכות אגירה עד 1,500 וולט. החברה מדווחת שם על דיוק אימפדנס של 1% בתנאי אחר — עירור של 5 אמפר מול 100 מיקרו־אוהם ובטווח 0.04 הרץ עד 2 קילו־הרץ. זו נקודת פתיחה שימושית להערכה, אך הלוח המורכב נועד לבדיקות ואינו נמכר כמוצר מוכן.

המחיר האמיתי נמצא גם בלוח הזמנים. BQ79826Z-Q1 עדיין מסומן כרכיב Preview עם מידע מקדים שעשוי להשתנות. TI מציעה כמויות קדם־ייצור ומצפה לכמויות ייצור רק בסוף 2026; גם מודול ההערכה מוגבל וזמין לפי בקשה. לפרויקט מחקר או אב־טיפוס זו הזדמנות מעניינת להתחיל לאסוף טביעות אצבע מתאים אמיתיים. למוצר שצריך להינעל לייצור בתוך שנה, צריך לבדוק הקצאה, גרסה סופית של דף הנתונים, זמינות כלי התוכנה ותוכנית גיבוי לרכיב.

מה שזה אומר בפועל למהנדס הוא שהשבב פותח דלת, אבל אינו מסיים את העבודה. לפני שבוחרים בו צריך להוכיח ארבעה דברים על הסוללה האמיתית: שאפשר ליצור זרם עירור בלי להפריע למערכת, שאפשר לחלץ אות של מאות מיקרו־וולט מתוך רעש ההספק, שהמודל יודע להפריד בין טמפרטורה, טעינה והזדקנות, ושכשל אמיתי מזוהה מוקדם בלי להציף את המשתמש באזעקות שווא. אם כל זה עובד, EIS בכל תא יכול להפוך ממכשיר מעבדה לכלי תחזוקה ובטיחות שחי בתוך המוצר.