Talkative battery: датчик внутри ячейки говорит по силовым проводам
Температурный датчик получил канал связи из двух силовых клемм LFP-батареи: переключаемый LC-контур меняет импеданс ячейки, а преобразователь выделяет сообщение из собственной высокочастотной ряби. На стенде достигнуты 232 бит/с, однако запас устойчивости резко зависит от длины кабеля и параметров силового фильтра.
В журнале Communications Engineering показан способ передавать данные датчика температуры через те же силовые выводы, по которым LFP-батарея заряжается и отдаёт энергию. Сигнальный жгут, отдельный разъём и дополнительный канал BMS для такого датчика не требуются: роль линии связи исполняет уже существующая цепь «ячейка — кабель — DC/DC-преобразователь».
Передатчик построен по схеме load-shift keying. К ячейке параллельно подключены MOSFET и резонансный фильтр с конденсатором 600 нФ и индуктивностью около 0.8 мкГн. Микроконтроллер ATmega328P считывает NTC-термистор и по битам включает либо отключает этот контур. В результате меняется высокочастотный импеданс нагрузки. DC/DC-преобразователь создаёт несущую в виде коммутационной ряби, а цифровой приёмник измеряет изменение амплитуды и фазы тока синхронным детектированием.
Резонанс передающего контура расположен около 230 кГц. В лабораторных опытах канал работал на 262 кГц при внешнем датчике и на 250 кГц в варианте с передатчиком внутри демонстрационной батареи. Сообщение содержало 10 бит, длительность бита составляла 2 мс, а интервал между сообщениями — 43 мс. Авторы указывают скорость 232 бит/с; с учётом циклов передачи и приёма эффективная пропускная способность составила 153 бит/с. Для температуры этого достаточно с большим запасом: канал рассчитан на телеметрию состояния, а не на непрерывный поток данных.
Отдельный опыт проведён на коммерческой призматической LFP-ячейке CALB CA100AHA ёмкостью 100 А·ч. В этой конфигурации NTC и передающая электроника были размещены снаружи, рядом с силовыми полюсами. Внутренний сценарий проверяли на другом объекте: герметичном напечатанном корпусе с шестью параллельными LFP-ячейками по 8 А·ч. Передатчик находился в этом корпусе, а связь сохранялась при зарядном токе 12 А. Таким образом, работа подтверждает принцип внутрибатарейного датчика, но не демонстрирует его монтаж внутри коммерческой 100-А·ч ячейки.
Самый показательный результат связан с паразитиками силовой цепи. На 70-мм кабеле в прогонах продолжительностью свыше четырёх минут битовых ошибок не зарегистрировано. Удлинение кабеля до 300 мм заметно ухудшило соотношение сигнал/шум: для внутренней конфигурации расчётная вероятность битовой ошибки достигла 4.67×10⁻⁴. Индуктивность и сопротивление проводников смещают рабочую точку резонансной системы вместе с выходным фильтром преобразователя. Для реального battery pack потребуется согласовывать частоту, LC-контур и алгоритм демодуляции с конкретной топологией силовой электроники, а не просто добавлять датчик к произвольной BMS.
Внутренняя температура может отражать локальный нагрев быстрее наружного термодатчика на корпусе, что потенциально полезно для раннего обнаружения опасных режимов. Испытаний thermal runaway в работе нет, как нет данных о ресурсе модуля при тысячах циклов, EMC в тяговой системе, реакции на отказ электроники и работе в многосекционном пакете. Университет Киля оценивает возможное снижение стоимости мониторинга примерно в 35% за счёт исключения отдельной проводки; это предварительная экономическая оценка, а не результат серийной квалификации. Передача давления, газа и механической деформации названа следующим применением метода, но экспериментально в статье передавалась только температура.