【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)出了一項突破性的技術(shù)——無線電池管理系統(tǒng)(wBMS)，該項技術(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。
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)實現(xiàn)與這家高性能汽車制造商的核心維修和靈活運營模式相一致的無縫整合。
隨后雙方進(jìn)行了討論，重點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，并實現(xiàn)進(jìn)一步減重。
無線BMS (wBMS)是汽車行業(yè)一項真正的變革性技術(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，因為相關(guān)的線纜和連接器是出了名的系統(tǒng)故障點。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
考慮到消費者開始注重環(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)實世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實現(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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