【導(dǎo)讀】全球汽車行業(yè)都將電動汽車視為未來的發(fā)展方向，電動汽車的新車型越來越多。高性能汽車制造商也紛紛加入這一趨勢，從內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)向電氣化。
電動汽車技術(shù)的好處不勝枚舉，包括加速更快、動力更好以及起步時最大扭矩更高（基于仿真的目標(biāo)規(guī)格）。由于活動部件極少，電動機(jī)可靠性非常高，幾乎不需要維護(hù)，并且能夠提供非常精確的牽引和穩(wěn)定控制。同時，產(chǎn)生的摩擦和熱量更少，對冷卻能力要求較低，因此效率也更高。電動汽車的每個指標(biāo)都更好，除了電池重量這一指標(biāo)。
ADI公司開發(fā)出了一項(xiàng)突破性的技術(shù)——無線電池管理系統(tǒng)(wBMS)，該項(xiàng)技術(shù)能夠省去電池線束和相關(guān)線纜，從而減輕電動汽車電池的重量，同時還能提高電池的可靠性。
為了實(shí)現(xiàn)輕量化汽車和全電動汽車的未來愿景，高性能汽車主要制造商路特斯（路特斯汽車）在其新的電動汽車產(chǎn)品線中采用了ADI的wBMS，該系列車型將在未來五年內(nèi)交付。ADI與路特斯攜手，為電動汽車行業(yè)開發(fā)了一款變革性方案——新型超輕量化動力總成架構(gòu)和無線電池管理系統(tǒng)(wBMS)，助力提高設(shè)計靈活性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。此次工程旨在助力路特斯安全穩(wěn)步擴(kuò)展其未來電動汽車平臺，它的成功將有助于打造更可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境并為低碳地球做出貢獻(xiàn)。
ADI汽車電氣化和可持續(xù)能源部公司副總裁Patrick Morgan指出，“全球各行各業(yè)都在向保護(hù)地球環(huán)境的新技術(shù)傾斜。電動汽車和對清潔能源的推崇，正迅速成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧Ｎ覀兒軜s幸能與路特斯合作，為其標(biāo)志性的汽車產(chǎn)品線提供我們突破性的ADI無線電池管理系統(tǒng)(wBMS)。”
概覽
● 公司
路特斯汽車誕生于一個人的“Form through function”（性能定義美學(xué)）理念，它造就了優(yōu)雅的工程傳奇，激發(fā)著新一代駕駛員的激情。路特斯隸屬于全球快速增長的汽車制造商吉利汽車集團(tuán)，致力于打造可持續(xù)發(fā)展的全電動汽車未來。
● 應(yīng)用
將無線BMS集成到其未來所有量產(chǎn)電動汽車的新型輕量級架構(gòu)中。利用wBMS的完整硬件、軟件和安全解決方案，在延長電池壽命、保持車輛價值的同時，盡可能地提升服務(wù)和維護(hù)。
● 挑戰(zhàn)
突破設(shè)計和技術(shù)限制，將靈活、可擴(kuò)展的無線BMS集成到電動汽車產(chǎn)品線中，同時減少重量和復(fù)雜性，并提高電池密度和可維護(hù)性。
● 目標(biāo)
與走在技術(shù)前沿的合作伙伴合作，解決嚴(yán)苛的設(shè)計和工程挑戰(zhàn)，開發(fā)未來的輕量化、高性能電動汽車產(chǎn)品線，同時確保安全，提高可靠性，并帶來動態(tài)駕駛體驗(yàn)。
wBMS：全集成系統(tǒng)
ADI的wBMS由40個硬件組件組成。整個系統(tǒng)與全套軟件、強(qiáng)大而安全的端到端網(wǎng)絡(luò)以及完整的電池單元監(jiān)控軟件整合在一起，涵蓋了應(yīng)用與安全。
具體組件包括ADBMS6815（能夠準(zhǔn)確測量電池單元和電池組的充電狀態(tài)）、LT8618（一款用于電源管理的緊湊型高速、高效率同步單芯片降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器），以及ADRF8800（用于確保穩(wěn)定可靠的無線連接）。
ADI電動汽車事業(yè)部總經(jīng)理Roger Keen表示，“我們最新的wBMS產(chǎn)品還支持儲能系統(tǒng)的電池回收和再利用，以支持循環(huán)經(jīng)濟(jì)。我們競爭對手提供的產(chǎn)品可能會捆綁硬件，但您沒有軟件將它們?nèi)窟B接起來。使用ADI的wBMS時，客戶無需編寫軟件，從而能把精力放在車輛設(shè)計的其他方面。”
快速評估
“你們能以多快的速度讓我開始在wBMS的無線網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行和測試？這是客戶問我們的第一個問題。”ADI公司汽車技術(shù)部產(chǎn)品營銷工程師Shane O'Mahony說道，“如果需要幾個月的時間，他們就不樂意去做。而我們已經(jīng)克服了這個障礙。”
ADI的wBMS評估套件開箱即用，讓客戶能夠快速設(shè)置并運(yùn)行。它是一個完整的端到端wBMS，包含多個板、軟件及網(wǎng)絡(luò)安全。Shane O'Mahony表示：“如果需要使用各個不同提供商的組件來構(gòu)建系統(tǒng)，那么光是搞定原型制作工作就需要幾個月的時間。”
路特斯：追求輕量化、可維護(hù)性和靈活性
70多年來，路特斯改變了公路汽車和賽車的世界。這家汽車制造商希望利用ADI突破性的wBMS技術(shù)，保持在高性能汽車領(lǐng)域的重要地位，成為電動化進(jìn)程中的先行者之一。
2020年，在全球疫情期間，路特斯就其未來的量產(chǎn)電動汽車產(chǎn)品線與ADI工程師進(jìn)行了接觸。路特斯積極尋求合作，在其新型輕量化高性能公路汽車中采用了ADI的無線電池管理系統(tǒng)。ADI不只是提供一個輕量級wBMS，還負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與這家高性能汽車制造商的核心維修和靈活運(yùn)營模式相一致的無縫整合。
隨后雙方進(jìn)行了討論，重點(diǎn)是路特斯的輕量化電動汽車動力總成架構(gòu)，以及ADI的wBMS如何幫助簡化設(shè)計和減少復(fù)雜性，并實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步減重。
無線BMS (wBMS)是汽車行業(yè)一項(xiàng)真正的變革性技術(shù)，使得不再需要電池線束以及與標(biāo)準(zhǔn)有線BMS相關(guān)的大量電線和連接器。ADI的無線BMS將電池組布線減少了90%，電池組體積縮小了15%。無需線纜后，可以減輕車輛重量，降低材料成本，同時還能提高電池的安全性、可靠性和可維護(hù)性。Roger Keen表示：“wBMS省去了線束，能夠助力路特斯提供性能優(yōu)化的輕量化解決方案，這樣帶來的高性能也契合其品牌形象。”
合作
ADI的技術(shù)專家與路特斯的設(shè)計工程師合作，將wBMS集成到這家電動汽車制造商稱為LEVA（輕量化電動汽車架構(gòu)）的新動力總成架構(gòu)中。
路特斯動力與底盤工程總監(jiān)Richard Lively表示：“我們與ADI密切合作，將無線BMS集成到我們?nèi)碌妮p量化電動汽車架構(gòu)中，未來所有路特斯電動汽車都將基于此架構(gòu)設(shè)計。無線BMS省去了傳統(tǒng)線束，能夠助力路特斯提供輕量化解決方案，在優(yōu)化車輛性能的同時，也契合我們‘以優(yōu)秀技術(shù)賦予卓越性能’的品牌理念。”
設(shè)計靈活性是成功的關(guān)鍵。ADI正好滿足了路特斯的要求。借助wBMS，實(shí)現(xiàn)了更快、更簡易的電池重組設(shè)計，優(yōu)化了電池組組裝，并簡化了制造流程。電池管理系統(tǒng)的無線特性為路特斯提供了設(shè)計的多樣性，讓路特斯能夠更有效地擴(kuò)展未來電動汽車的車型。
由于新冠疫情影響，路特斯與ADI設(shè)計工程團(tuán)隊(duì)之間的現(xiàn)場合作也受到了限制。但路特斯和ADI并沒有因此受到阻礙，他們通過電話會議、先進(jìn)協(xié)作軟件和分步操作視頻進(jìn)行了互動。
靈活的LEVA架構(gòu)
路特斯的LEVA動力總成架構(gòu)專為中置發(fā)動機(jī)的高性能汽車設(shè)計。駕駛員坐在前面，在中控臺和方向盤后面。其他組件全部在駕駛員后方。車輛的大部分重量位于四個車軸的中間，改善了重量分配、穩(wěn)定性和操控性。這種設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)還包括提高了安全性，減少了磨損。路特斯將在其他車輛設(shè)計和未來的量產(chǎn)車型采用LEVA的靈活架構(gòu)。
LEVA（輕量化電動汽車架構(gòu)）提供了設(shè)計靈活性和調(diào)整自由度
輕量化汽車將對重量化汽車形成競爭
創(chuàng)新的工程設(shè)計和突破性的技術(shù)使路特斯能夠通過輕量化實(shí)現(xiàn)出色性能。減輕汽車的質(zhì)量是讓駕駛員、汽車和道路之間建立真正聯(lián)系的有效手段。Shane O’Mahony說道：“在與ADI公司合作期間，路特斯主要負(fù)責(zé)去除線纜，在保持BMS性能優(yōu)化的同時，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的輕量化。”
拆除線纜和連接器后，由于去除了電池組的線束，因此可以減輕車輛的重量。去除電池組的線束還可提高可靠性，因?yàn)橄嚓P(guān)的線纜和連接器是出了名的系統(tǒng)故障點(diǎn)。無線電池組的另一個好處是具備更大的設(shè)計靈活性和可擴(kuò)展性。
ADI電動交通營銷經(jīng)理Shane O'Mahony強(qiáng)調(diào)，“重量是高性能跑車的致命傷。”
靈活性與設(shè)計自由度
在優(yōu)化了整個車輛結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)高性能后，如何設(shè)計電池組？
電池重組的靈活性至關(guān)重要，尤其是對于外形設(shè)計不斷變化的空氣動力學(xué)電動汽車項(xiàng)目工程師而言。wBMS不僅為路特斯提供了一條快速簡便的途徑來開發(fā)多功能性、可擴(kuò)展性和優(yōu)化的性能，而且移除線束后留下的空隙還在新車設(shè)計中提供了安裝更多電池組的方法。在適當(dāng)?shù)那闆r下，動力總成中可以安裝更多的電池，從而可提高動力性能并延長車輛行駛里程。
Roger Keen表示：“路特斯的工程師現(xiàn)在可以自由地按照他們認(rèn)為合適的方式設(shè)計汽車，而不是在電池線束的限制下盡可能地設(shè)計汽車。”
提高監(jiān)控能力和安全性，同時降低復(fù)雜性
電池組中存在成百上千個電池單元，如果每一個電池單元都要用一根導(dǎo)線連上它的正極和負(fù)極，那將是一場錯綜復(fù)雜的噩夢。因此，采用有限電池布線的有線電池管理系統(tǒng)無法監(jiān)控每個電池單元。電池的健康狀態(tài)也就無法測量，而只能通過檢查電池的總體充電狀態(tài)來推斷。低電量或廢電池檢測不出來。
在無線BMS中，一組電池單元會傳輸一個無線信號，將安全數(shù)據(jù)發(fā)送到云端并安全地存儲。路特斯技術(shù)人員或當(dāng)?shù)丶脊た梢允褂霉P記本電腦深入查看大量信息，包括電池組中每組并聯(lián)電池的充電狀態(tài)和健康狀態(tài)。OEM廠商可以從總部輕松快速地升級電池軟件。wBMS為路特斯工程師提供了靈活性和云級網(wǎng)絡(luò)安全，而又不會增加復(fù)雜性。
無需手動操作
在傳統(tǒng)的有線BMS中，電池模塊之間需要有開放的空間，以便人手伸進(jìn)去連接很多線纜和連接器。無線BMS模塊只有兩個端子，模塊可以更緊密地擠在一起，提高了密度，縮小了外形尺寸。端子可以很容易地用纖薄的機(jī)器人工具進(jìn)行連接。
機(jī)器人裝配帶來了密度更高的電池組。二次使用中通過機(jī)器人進(jìn)行電池組裝和拆卸快速、安全且準(zhǔn)確，為路特斯等電動汽車制造商節(jié)省了時間和金錢。
ADI汽車技術(shù)總監(jiān)Gina Aquilano表示，“無線BMS支持電池組的健康狀態(tài)測量和機(jī)器人組裝與拆卸，確保能夠識別和移除容量不足的電池單元，并有效地修復(fù)電池組。”
可維護(hù)性：不只是二次使用
經(jīng)過多年使用后，無線電池組的容量會減少，不再是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化電動汽車電源性能的出色選擇，這時可以很容易地重新調(diào)整電池組的用途，用于清潔和可持續(xù)的二次應(yīng)用，例如要求較低的能源儲存系統(tǒng)和世界各地的電網(wǎng)。“舊的”電動汽車電池可用于儲存過剩的太陽能和風(fēng)能來，從而助力實(shí)現(xiàn)未來的電氣化愿景。
路特斯汽車動力與底盤工程總監(jiān)Richard Lively表示：“每當(dāng)有一個電池單元或幾個電池單元過早地失去容量時，就要更換整個電池組，這是一種不可持續(xù)的商業(yè)模式。ADI公司的wBMS為我們的可維護(hù)性需求提供了一個快速簡單且經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。”
路特斯沒有給其任何一款汽車設(shè)定生命周期，許多車型在25或30年后仍作為經(jīng)典車型在路上行駛，這給制造商帶來了難題。一輛幾乎沒有半衰期的汽車需要您讓它“永遠(yuǎn)”保持運(yùn)轉(zhuǎn)，同時在整個汽車壽命內(nèi)使電池保持出色的性能。
采用wBMS時，由于電池模組只有兩個端子（正極和負(fù)極），并且是軟件可編程的，可以實(shí)現(xiàn)快捷的在線升級，使得道路車輛與賽車的維護(hù)更加輕松快捷。電芯控制器與電池模組作為一個可維護(hù)單元一起使用，進(jìn)一步簡化服務(wù)模式。
維修業(yè)務(wù)模式并不是什么新鮮事。從家用電器到牙齒修復(fù)，維修業(yè)務(wù)幾乎是當(dāng)今所有行業(yè)的重要基石。電動汽車電池修復(fù)也將為當(dāng)?shù)丶脊ぁ浼咒N商和原始設(shè)備制造商帶來巨大的商機(jī)。它對打造可持續(xù)發(fā)展環(huán)境的影響是巨大的。
“其他BMS競爭對手都沒法提供像ADI公司那樣的電池修復(fù)能力。可維護(hù)性將有助于使路特斯與其他電動汽車制造商區(qū)別開來，并減少了多達(dá)6噸的碳排放，”Shane O'Mahony說道，“而且它還有助于確保路特斯汽車車主享受數(shù)十年的高性能駕駛樂趣。”
wBMS能夠識別電池的異常情況，方便快速更換電池，從而延長了電池組的使用壽命，節(jié)省了時間和成本。
可持續(xù)發(fā)展的未來和激動人心的駕駛體驗(yàn)
考慮到消費(fèi)者開始注重環(huán)保，同時也為了提供較長的產(chǎn)品壽命和高性能，ADI和路特斯在合作時便以輕量化、可維護(hù)性和可持續(xù)性作為目標(biāo)。
在工程設(shè)計方面所做的創(chuàng)新工作實(shí)現(xiàn)了更小的封裝尺寸、更少的布線和更小的電池組體積，以及一個靈活的系統(tǒng)（橫跨多種設(shè)計），使其更易于擴(kuò)展，并且組裝和拆卸起來更快、更安全。可維護(hù)電池為工業(yè)和原始設(shè)備制造商帶來了大量商機(jī)，同時使我們向打造更清潔、更健康的地球又邁進(jìn)了一步。
在接下來的發(fā)展歷程中，大膽創(chuàng)新和激進(jìn)思維又將助力路特斯向前邁出一大步。
關(guān)于ADI公司
Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財年收入超過120億美元，全球員工2.4萬余人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。
作者：ADI汽車電氣化和可持續(xù)能源部公司副總裁Patrick Morgan
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