电池新国标下，在线实时EIS或成为未来BMS刚需

电动汽车的电池成本通常占整车成本的 30% 至 40%，其使用寿命与可靠性因此成为关键考量因素。为保障电池长寿命运行，精准监测电压、电流、温度等核心参数至关重要。

传统的电池管理系统（BMS）采用时域测量方式，采样频率为 1 赫兹至 10 赫兹，所采集的参数数据会通过卡尔曼滤波器等算法进行处理，以估算电池单体的内部状态，并基于该估算结果确定电池未来 30 秒内的安全工作区间。但此类估算方式在反映电池长期性能与老化衰减状态时，往往精度不足。

将电化学阻抗谱（EIS）技术集成至电池管理系统，是一项极具应用前景的优化方案。电化学阻抗谱技术可实现频域分析，通过对电池复阻抗的检测分析，能够更深入地掌握电池的内部状态。

什么是EIS

恩智浦半导体大中华区电气化市场总监朱玉平表示，针对车载电池包的监测与管理，除了掌握电池的电压、电流及电量状态外，还需实现多维度的管控，例如对电池充放电过程中产生的热量进行调控、通过压力传感器监测电芯形变、检测电芯泄放阀的气体释放情况等。但这类监测手段大多针对电芯外部开展，以温度传感器为例，当电芯内部温度升高时，传感器的温度检测会存在一定延迟，延迟时长因电芯规格不同而有所差异：大尺寸电芯的检测延迟可能长达数分钟甚至十余分钟，小尺寸电芯的延迟则相对较短。同时，受电芯内部化学环境与传感器使用寿命、化学兼容性的限制，温度传感器无法直接置入电芯内部。

而EIS技术可直接深入电芯内部完成检测。朱玉平对此做了一个形象的比喻：如果把传统BMS比作中医的望闻问切或 X 光检查，仅能对电池状态做出大致判断，那么 EIS 技术就如同核磁共振，能够穿透至电芯内部，对电池状态进行精细化的细节分析。

下图所示的电路是EIS测量系统，用于表征锂离子(Li-Ion)和其他类型的电池。该系统测量电池在一定频率范围内的阻抗。这些数据可以确定电池的运行状态(SOH)和充电状态(SOC)。该系统采用超低功耗模拟前端(AFE)，旨在激励和测量电池的电流、电压或阻抗响应。

EIS测试传统上采用单正弦激励法，需在多个不同频率下重复进行激励测试。而多正弦信号等宽带激励方式可大幅缩短测试时间，更适用于在线测量与监测场景。其他常见的宽带激励信号还包括二元序列与三元序列，这类信号也可应用于系统辨识领域。

老化会导致电池性能下降和电池化学成分发生不可逆变化。阻抗随容量的下降而呈线性增加。使用 EIS 监视电池阻抗的增加可以确定 SOH 以及电池是否需要更换，从而减少系统停机时间和维护成本。

电池需要激励电流，而不是电压，而且阻抗值在毫欧姆范围内很小。该系统包括向电池注入电流的必要电路，并允许校准和检测电池中的小阻抗。

奈奎斯特曲线与SOC和SOH

电池是非线性系统；因此，检测电池I-V曲线的一个小样本，使系统呈现伪线性行为。在伪线性系统中，正弦输入产生的正弦输出频率完全相同，但相位和振幅发生了偏移。在EIS中，向电池应用交流激励信号以获得数据。

EIS中的信息常用奈奎斯特图表示，但也可以使用波特图显示。 在奈奎斯特图中，使用阻抗的负虚分量 (y-axis) 与阻抗的实分量 (x-axis) 作图。奈奎斯特图的不同区域对应于电池中发生的各种化学和物理过程。

下图展示了理论化的奈奎斯特图，图中每个区段均对应电池等效电路模型（ECM）的一个电气元件。等效电路模型将关键电化学现象转化为电路元件，从而实现对电池内部过程的定量分析。

低频阻抗与SoH密切相关，尤其与锂沉积这一老化衰减现象直接相关。锂沉积是指充电过程中金属锂在负极表面析出的现象，该现象会导致电池容量下降，并增加短路等安全风险。

奈奎斯特图中通常存在两个融合为一体的半圆，它们对应电极 - 电解质界面处的电荷转移过程与双电层电容过程 —— 这些过程决定了电池储能与释能的动力学特性。因此，半圆的直径与形状会受到电池各项参数的影响。

通过电池阻抗奈奎斯特图中半圆的直径与形状，可精准识别电池的SOC、SOH及温度信息。其中，识别半圆的关键特征（如直径大小或峰值位置，峰值接近圆的半径）尤为重要。

不同健康状态（SoH）电池的奈奎斯特图变化（颜色区分：新电池为蓝色，老化电池为黄色）

图中以不同颜色展示了电池从全新状态（蓝色）到老化状态（黄色）过程中奈奎斯特图的变化规律：新电池的奈奎斯特图与浅蓝色曲线相近；随着充放电循环次数增加或外部应力作用，电池逐渐老化，图谱会先转变为浅绿色，再变为深绿色，长期使用后最终趋向黄色。因此，第二个圆弧的峰值可作为评估电池健康状态（SoH）的重要依据。

荷电状态（SoC）的评估也遵循类似逻辑。实际应用场景将决定如何合理采集并正确处理这些测量数据。

为什么需要在线EIS

传统离线 EIS 指在非工作状态下进行的测试，依赖专用仪器进行测试，核心用途集中在“研发、制造以及质检” 三大环节，从材料筛选到电池性能优化再到电池质检与筛选等。

而在线 EIS是指将 EIS 功能集成于电池管理系统，在电池 “实际工作状态下”（如车载电池行驶 / 充电中、储能电池充放电循环中）实时进行的测试，无需专用仪器，依赖嵌入式硬件（如 EIS 专用芯片、DC/DC 转换器复用激励源）和轻量化算法，核心目标是 “实时感知状态、预警风险、优化使用策略”，同时还可以记录电池从出厂到退役的阻抗变化曲线，形成 “健康档案”—— 为电池梯次利用评估提供连续数据支撑。

围绕EIS，各大芯片厂商都有着一些较新的动向，以支持未来的技术演进需求。

• 恩智浦

恩智浦的EIS BMS方案能够检测电池内阻、内部温度、析锂等关键状态，还能监测电芯健康状态（SoH）、荷电状态（SoC），提前预警热失控风险等。

该方案采用全同步设计，时间对齐精度达150纳秒，为业界首家；测量精度接近实验室设备；芯片管脚兼容，客户原有非EIS系统升级时，仅需更换芯片、修改MCU软件，无需改动外部电阻电容，支持硬件预埋。

恩智浦EIS BMS解决方案通过模块化架构实现了这种方法，该架构包括三种专用芯片：

BMA6402（GTW）：在整个系统中提供准确的时间同步；

BMA7418（BCC）：测量每个电池的电压；

BMA8420（BJB）：测量整个电池组的电流。

其中，BMA7418和BMA8420会将高速测量数据在片上转换为频域，这一功能大幅降低了主MCU的计算负载与内存占用；同时，该架构还减少了隔离通信总线的负载率，进一步减轻MCU负担。除上述芯片外，TAA3033预充控制器、S32K3xx MCU、FS26 SBC/PMIC也可用于EIS系统。

• 意法半导体

意法半导体表示，在实际应用中，电化学阻抗谱的落地方案主要包括但不限于以下两种：

集中激励 + 集中检测

利用牵引逆变器等集中式电流源为电池包施加激励电流，电芯监测芯片与电流传感器分别检测激励电流及对应的电压降，再由微控制器（MCU）通过电压、电流数据计算阻抗值。该方案的优势在于，无需新增硬件，仅通过算法优化即可复用现有传感器数据，但其应用可能受特定行驶模式限制。

本地激励 + 本地检测

通过电池包内各电芯模组的本地激励电路，为模组单独施加激励电流，由模拟前端检测对应的电压降，并在芯片端本地完成阻抗计算。

该方案的优势是能降低微控制器的通信总线负载，缺点则是需增设激励电流调制及散热平衡相关元器件，导致系统成本上升。

要实现电池阻抗的检测，需具备两大核心组件：一是为电池施加激励信号的激励系统，二是同步采集电芯电压、电流的采集系统。采集到的数据由专用微控制器作为电池管理系统的核心处理单元进行分析，在依托电化学阻抗谱实现高级诊断功能的同时，兼顾电池管理系统的性能、稳定性与成本平衡。

意法半导体的产品组合拥有丰富的电池管理系统产品，可适配不同应用领域，包括 L9961（及 STEVAL-L99615C 等配套参考板）、L9963E，以及最新的 L9965x 系列。

上图提到的实验方案完全基于意法半导体的软硬件产品搭建，旨在验证意法半导体相关产品的电化学阻抗谱检测性能，重点为 L9965x 系列产品。该方案可对五节串联电芯完成电化学阻抗谱检测。

L9965A BMS架构

L9965芯片组

• 德州仪器

德州仪器的BQ79826Z-Q1是一款具有电化学阻抗谱引擎的汽车级 26 节串联电池监测器和平衡器。内置集成式EIS引擎。EIS引擎提供了一种检测电芯阻抗变化的新方法，可用于监测电芯老化、温度、SoC、热失控和许多其他电芯参数。此外，该器件还集成了智能传感器控制器，使传感器测量更便捷、更可靠。

其中EIS引擎特性如下：

阻抗精度：1%（具有 1A 励磁和 200uΩ 阻抗）

测量频率：0.01Hz 至 3.5kHz

从器件到器件的 I/V 同步 < 5us

支持全局和局部激励

BQ798xx系统框图

该产品已在CES 2026上进行了展示。

• ADI

ADI的CN0510参考设计是专门为EIS测试提供的参考设计，主要使用AD5941的电池阻抗解决方案。

参考电路板

AD5941阻抗和电化学前端是EIS测量系统的核心。AD5941由一个低带宽环路、一个高带宽环路、一个高精度模数转换器(ADC)和一个可编程开关矩阵组成。

低带宽环路由低功耗、双输出数模转换器(DAC)和低功率跨阻抗放大器(TIA)组成，前者可产生 VZERO 和 VBIAS，后者可将输入电流转换为电压。

低带宽环路用于低带宽信号，其中激励信号的频率低于200 Hz，例如电池阻抗测量。

高带宽环路用于EIS测量。高带宽环路包括一个高速DAC，用于在进行阻抗测量时产生交流激励信号。高带宽环路有一个高速TIA，用于将高达200 kHz的高带宽电流信号转换为可由ADC测量的电压。

开关矩阵是一系列可编程开关，允许将外部引脚连接到高速DAC激励放大器和高速TIA反相输入端。开关矩阵提供了一个接口，用于将外部校准电阻连接到测量系统。开关矩阵还提供电极连接的灵活性。

电池的阻抗通常在毫欧姆范围内，需要一个类似值的校准电阻 RCAL。此电路中的50 mΩ RCAL 太小，AD5941无法直接测量。由于 RCAL较小，外部增益级使用AD8694来放大接收信号。AD8694具有超低噪声性能以及低偏置和漏电流参数，这对EIS应用至关重要。此外，在RCAL和实际电池上共用一个放大器有助于补偿电缆、交流耦合电容和放大器产生的误差。

总 结

电动汽车电池安全新国标（GB 38031-2025）标准将于2026年7月1日起正式实施，是新能源汽车电池安全领域的重大升级，其中最关键一点就是安全性，以“不起火、不爆炸”为强制性目标，这需要对电池有更准确的测量要求，EIS技术则非常适合这一需求。

对于EIS BMS的未来市场，朱玉平表示，目前已有车厂采用该方案开展产品研发，预计2026年将实现上车商用，到2029~2030年左右，有望成为新能源汽车的主流配置。

市场发展过程中也伴随着挑战：首先，电池包的建模与标定需客户自主完成，由于线束、排布会改变电池包的等效模型，这一过程需要大量测试资源，在一定程度上会增加客户研发阶段的成本；其次，车辆行驶中的EIS激励受限于DCDC功率或马达控制，目前主要在停车、充电时进行EIS测量，暂未实现全工况实时测量。

EIS作为一项相对较新的技术，客户需先验证其实际价值，导致部分企业可能不愿投入大量资源开展基础研究。但行业对EIS提升电池安全性的共识明确，因此随着先发案例的效果逐步显现，预计EIS的落地速度将不断加快。

但无论如何，芯片公司正在致力于研究如何将EIS技术集成到电池管理系统中。不过，相比于离线系统，在线系统面临着一系列挑战，例如开发高精度算法、构建可靠的激励系统以及最大限度降低噪声敏感性等，另外系统对于实时性响应、同步测试以及额外的成本等等都有更高的要求。