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    電動汽車無線電池管理革命已經開始,投資回報潛力巨大

    2024-03-15 14:53:05 Shane O'Mahony,ADI公司電動汽車營銷經理

    從設計和制造到電池再利用和安全保護的高級成本分析,揭示了OEM有機會利用wBMS提高下一代電動汽車的利潤。

     

    電動汽車(EV)行業向無線電池管理系統(wBMS)的演進在許多方面都是不可避免的。對于任何飽受有線系統固有的復雜性、BOM成本、空間和人力代價所困擾的人來說,無線BMS相對于有線BMS的優勢是非常明顯的,無論針對什么應用。

     

    相比之下,wBMS有望為下一代電動汽車節省高達90%的布線和高達15%的電池組體積。這是通過消除通信線束和連接器來實現的,取而代之的是采用全集成式電子器件的智能電池模塊——唯一暴露的連接器是+ve–ve端子。

     

    但是,要實現wBMS技術可帶來的好處,只能通過對設計、驗證和制造基礎設施進行大規模投資以提供支持。此外,為了滿足無線系統特有的安全要求,必須對電池組從制造到再利用的整個生命周期的每個階段進行自上而下的重新評估。


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    1.ADI公司推出汽車行業首個用于電動汽車的無線電池管理系統

     

    乍一看,這項工作的規模似乎對OEM的采用設置了無法克服的障礙。ADI公司和通用汽車公司在wBMS技術一開始就承擔了這項投資,預計未來幾年其進入主流商用(也許無處不在)之后,將大幅節省成本并提高制造的可擴展性和效率。

     

    需要明確的是,將wBMS視為快速節省成本機會的OEM應該立即重新設定他們的期望。為了充分發揮wBMS的成本優勢,OEM必須首先將電池組視為資產,需要隨著時間推移——從車載第一次使用第二次使用”——進行有效管理,以實現盡可能高的投資回報率。唯有如此,wBMS的成本節約優勢才能清晰而充分地體現出來。

     

    ADI公司接受了wBMS帶來的無數設計挑戰,通過辛勤工作和投資實現了完整、可擴展的wBMS解決方案,成功滿足了從概念到發布全程支持OEM的要求。在此過程中,我們發現了更多提升設計和成本效率的機會,這將為視wBMS為明確發展路徑的OEM鋪平道路。根據早期的OEM反饋,從長遠來看,wBMS預計將更具成本效益和其他優勢,這有利于其在電動汽車全行業范圍內實施。

    制造效率優勢

    為了實施wBMS技術,需要重新構想電動汽車工廠的設計方式。但是,當考慮所有活動部件(有些確實是活動的)時,從生產到產品完全無線化的優點就變得非常明顯。

     

    據觀察,幾乎全機器人制造與完全機器人制造之間存在很大差異。簡而言之,一旦裝備高速機器人的工廠車間環境中有人的存在,就必須采取大量安全措施來保護他們,這會從本質上降低生產效率,與完全端到端的自動化不可同日而語。

     

    對于wBMS生產,整個工廠車間可以使用無線通信,這就真正為非接觸式、全機器人EV電池組制造打開了大門。除了在車輛方面利用wBMS的優勢之外,OEM還無需花費寶貴的人力去手動為電池組接線和/測試模塊與連接(此作業還需要持續的安全培訓),從而進一步降低資本支出和運營支出。

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    2.非接觸式、全自動制造是電動汽車行業的強勁發展趨勢

     

    wBMS在這一方面為新興OEM和成熟OEM提供了同樣的機會,即繞過傳統的有線生產,轉而采用完全無線、完全機器人的制造方式。這使他們能夠提高制造效率和靈活性,充分利用有限的預算,保持敏捷,以與財力雄厚的老牌玩家競爭。由于無需專門用于完成時間和成本密集型任務的機器人來操作有線電池組線束,所以各種規模的OEM都能實現高速、高效率機器人生產的全部好處。ADI公司開發了wBMS,以便在生產的每一步都能支持自動化,使OEM更容易過渡到支持wBMS的工廠。

    增強整個生命周期中的可擴展性和靈活性

    采用wBMSOEM和電池供應商可以自由地設計和生產所需要的任何電池組變體,而無需設計線束。針對不同型號車輛,他們可以采用軟件可配置的通用wBMS平臺,總體開發成本更低。這仍然是wBMS價值主張的核心:OEM獲得更大的靈活性,各種級別的電動汽車都能擴展到規模生產,以滿足不斷變化的消費者需求。通過采用wBMS來支持其突破性的Ultium電池平臺,通用汽車公司得以將該平臺擴展到其不同品牌和車輛細分市場,從作業卡車到高性能汽車。概言之,通用汽車公司依賴wBMS技術以實現旗下各種車型的更廣泛電氣化。

     

    但是,為了降低電池組在其使用壽命期間的碳足跡,同時擴大相關的收入潛力,還有很多事情可以做。這是通過減少、修復和再利用策略實現的,因為wBMS可以幫助減少代價高昂的車輛召回,簡化維修,并促進電池再利用作為替代報廢和回收的首選方案。

     

    wBMS使維護備用模塊庫存變得相當容易,而且在車輛維修期間更換電池組也容易得多。再也不會因為要跟蹤和定位庫存,或在請求維修期間嘗試移除電池線束(而不破壞它)而造成時間損失或挫敗感。模塊在供應鏈中移動以及最終從庫存貨架裝到車輛時,只需簡單進行掃描,安裝的簡便性是傳統有線BMS無法比擬的。這不僅僅影響電動汽車開發階段的服務。電池組設計師不再需要花費寶貴的時間和空間來考慮線束的拆卸和更換,從而可以加快設計并提供更高能量密度的電池組。

     

    wBMS還支持電池測量和報告自身的性能,增強早期故障檢測,幫助避免代價高昂的車輛召回,同時優化電池組裝配。在整個電池生命周期中均可遠程監測數據,從組裝到倉儲和運輸,再到安裝和維護。

     

    對于希望最大限度地延長電池組的使用壽命和提高收入潛力的OEM而言,wBMS使二次電池的再利用效率更高。由于沒有線束,電池組更容易維修和重復使用,可確保使用壽命盡可能長,整體碳足跡更環保。一旦電池達到一定的健康狀態,OEM就可以很容易地將用過的電池轉售用于太陽能或風能存儲等應用。

     

    ADI公司估計,采用這種減少、修復和再利用策略的OEM,如果修復而不是當垃圾處理電池組,每個電池組將能減少7噸的碳排放。在成本節約方面,OEM通常指定大約1000美元用于回收每臺電動汽車的電池組,這可能超過了OEM在原車銷售中獲得的利潤,因此對于OEM來說,探索如何盡快轉售其用過的電動汽車電池以獲取最大收益,具有很好的商業意義。


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    3.電池組更易于維修、再利用和回收

     

    器件安全性和設計成功

    隨著電動汽車電池組的壽命周期進一步延長,在從制造到服務再到退役的過程中,每個wBMS模塊都要維持嚴格安全協議的必要性越來越大。OEM必須始終保持電池模塊的完整性,如果無法獨立驗證其安全狀態,模塊二次使用的價值就有被否定的風險。

     

    對于車輛的可維修性,這也具有重要意義。wBMS模塊可以設計成能夠對自身進行驗證,電池組可以設計成自動拒絕不符合要求的模塊。這還能更輕松地確保只有正品備件才能進入電池組,并在有保證的情況下由經批準的服務代理商安裝。

     

    同樣,對于試圖發掘wBMS全部優勢的OEM而言,實施這些措施可能成本過高和/或被視為一個主要障礙。為覆蓋電池或模塊整個生命周期的新通信平臺設計全新安全架構的前景,對OEM來說很難接受。

     

    ADI公司在wBMS和安全模塊追溯功能方面的重大持續投資,減輕了OEM的負擔,使其無需花費大量時間和成本以在供應鏈中實施安全定位,以及(或者)管理無法從公鑰證書方案的便利性中受益的系統。如果已經為OEM提前完成這些艱巨的工作,他們就不需要聘請一支敬業(且昂貴?。┑捻敿壘W絡安全專家團隊。ADI公司可以幫助OEM以非常低的資本開支從一開始就滿足這些嚴格的安全要求。

     

    需要一種全面的設計戰略來幫助OEM最大限度地發揮其在wBMS技術上的投資的全部價值,而不必擔心任何一個失誤都可能破壞預期的整體成本節約。早在CAD繪圖階段開始之前,ADI公司先進的電池組仿真技術便可通過對電池組的仿真數字孿生進行全面評估來預測wBMS系統性能,從而有力地幫助OEM實現首次設計即成功。

     

    這將有助于為OEM針對wBMS開發的電池組建立舒適的設計裕量,同時也有助于確認wBMS與組件的周邊生態系統的互操作性。這是一個不容忽視的關鍵點:從開發角度看,wBMS必須設計得非常健壯才能真正降低成本。

     

    勉強足夠好wBMS設計可能會在這里或那里節省一些系統成本,但隨著后期設計階段開始出現系統缺陷,這些前期節省可能會被相關的開發成本完全抵消。架構良好、靈活的wBMS設計可以避免因為針對個別車型調整個別電池組而導致的成本超支和挫折,從而為OEM的電池組平臺提供更大的整體可擴展性。

    wBMS的美好未來

    OEM反饋,相對于傳統有線BMS,成熟wBMS技術可以簡化制造流程并降低資本/運營支出,從而為每輛乘用電動汽車帶來高達250美元的成本節省??紤]到隨之而來的車輛/電池服務和庫存監控效率,以及電池組回收和再利用所帶來的增加整體利潤的機會,不難設想下一代電動汽車設計中的wBMS技術會有一個有利可圖且可持續的未來。

     

    通用汽車公司是眾多OEM中第一家擁抱wBMS的公司,令人驚訝的是,在所有車型中,他們選擇用來首次展示wBMS優勢的竟然是一款超大型SUV——人們對這種車型的最大印象可能是其對環境影響非常大。如果GMC Hummer能夠轉變成為全電動綠色交通的典范,那么電動汽車成為主流的最后障礙肯定會在我們眼前崩塌,而wBMS技術將在這一轉型中發揮關鍵作用。

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    4.世界上首個wBMS生產系統的架構。電池組監控硬件和生產網絡、安全及安保軟件由ADI公司提供。

     

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    關于ADI公司

    Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領先的半導體公司,致力于在現實世界與數字世界之間架起橋梁,以實現智能邊緣領域的突破性創新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術的解決方案,推動數字化工廠、汽車和數字醫療等領域的持續發展,應對氣候變化挑戰,并建立人與世界萬物的可靠互聯。ADI公司2023財年收入超過120億美元,全球員工約2.6萬人。攜手全球12.5萬家客戶,ADI助力創新者不斷超越一切可能。

     

    關于作者

    Shane O'MahonyADI公司wBMS產品營銷主管。在領導wBMS產品營銷之前,Shane曾擔任高性能射頻無線電系統的芯片負責人12年。Shane的職責是與OEM和一級供應商合作,以實現無線電池管理的系統級和可持續性優勢。


    關鍵詞: 電動汽車 無線 電池

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