无线电池管理系统与高性能电动汽车的未来
品慧电子讯全球汽车行业都将电动汽车视为未来的发展方向，电动汽车的新车型越来越多。高性能汽车制造商也纷纷加入这一趋势，从内燃机转向电气化。
电动汽车技术的好处不胜枚举，包括加速更快、动力更好以及起步时最大扭矩更高（基于仿真的目标规格）。由于活动部件极少，电动机可靠性非常高，几乎不需要维护，并且能够提供非常精确的牵引和稳定控制。同时，产生的摩擦和热量更少，对冷却能力要求较低，因此效率也更高。电动汽车的每个指标都更好，除了电池重量这一指标。
ADI公司开发出了一项突破性的技术——无线电池管理系统(wBMS)，该项技术能够省去电池线束和相关线缆，从而减轻电动汽车电池的重量，同时还能提高电池的可靠性。
为了实现轻量化汽车和全电动汽车的未来愿景，高性能汽车主要制造商路特斯（路特斯汽车）在其新的电动汽车产品线中采用了ADI的wBMS，该系列车型将在未来五年内交付。ADI与路特斯携手，为电动汽车行业开发了一款变革性方案——新型超轻量化动力总成架构和无线电池管理系统(wBMS)，助力提高设计灵活性、可扩展性和可维护性。此次工程旨在助力路特斯安全稳步扩展其未来电动汽车平台，它的成功将有助于打造更可持续发展的环境并为低碳地球做出贡献。
ADI汽车电气化和可持续能源部公司副总裁Patrick Morgan指出，“全球各行各业都在向保护地球环境的新技术倾斜。电动汽车和对清洁能源的推崇，正迅速成为我们日常生活的一部分。我们很荣幸能与路特斯合作，为其标志性的汽车产品线提供我们突破性的ADI无线电池管理系统(wBMS)。”
概览
● 公司
路特斯汽车诞生于一个人的“Form through function”（性能定义美学）理念，它造就了优雅的工程传奇，激发着新一代驾驶员的激情。路特斯隶属于全球快速增长的汽车制造商吉利汽车集团，致力于打造可持续发展的全电动汽车未来。
● 应用
将无线BMS集成到其未来所有量产电动汽车的新型轻量级架构中。利用wBMS的完整硬件、软件和安全解决方案，在延长电池寿命、保持车辆价值的同时，尽可能地提升服务和维护。
● 挑战
突破设计和技术限制，将灵活、可扩展的无线BMS集成到电动汽车产品线中，同时减少重量和复杂性，并提高电池密度和可维护性。
● 目标
与走在技术前沿的合作伙伴合作，解决严苛的设计和工程挑战，开发未来的轻量化、高性能电动汽车产品线，同时确保安全，提高可靠性，并带来动态驾驶体验。
wBMS：全集成系统
ADI的wBMS由40个硬件组件组成。整个系统与全套软件、强大而安全的端到端网络以及完整的电池单元监控软件整合在一起，涵盖了应用与安全。
具体组件包括ADBMS6815（能够准确测量电池单元和电池组的充电状态）、LT8618（一款用于电源管理的紧凑型高速、高效率同步单芯片降压型开关稳压器），以及ADRF8800（用于确保稳定可靠的无线连接）。
ADI电动汽车事业部总经理Roger Keen表示，“我们最新的wBMS产品还支持储能系统的电池回收和再利用，以支持循环经济。我们竞争对手提供的产品可能会捆绑硬件，但您没有软件将它们全部连接起来。使用ADI的wBMS时，客户无需编写软件，从而能把精力放在车辆设计的其他方面。”
快速评估
“你们能以多快的速度让我开始在wBMS的无线网络上运行和测试？这是客户问我们的第一个问题。”ADI公司汽车技术部产品营销工程师Shane O'Mahony说道，“如果需要几个月的时间，他们就不乐意去做。而我们已经克服了这个障碍。”
ADI的wBMS评估套件开箱即用，让客户能够快速设置并运行。它是一个完整的端到端wBMS，包含多个板、软件及网络安全。Shane O'Mahony表示：“如果需要使用各个不同提供商的组件来构建系统，那么光是搞定原型制作工作就需要几个月的时间。”
路特斯：追求轻量化、可维护性和灵活性
70多年来，路特斯改变了公路汽车和赛车的世界。这家汽车制造商希望利用ADI突破性的wBMS技术，保持在高性能汽车领域的重要地位，成为电动化进程中的先行者之一。
2020年，在全球疫情期间，路特斯就其未来的量产电动汽车产品线与ADI工程师进行了接触。路特斯积极寻求合作，在其新型轻量化高性能公路汽车中采用了ADI的无线电池管理系统。ADI不只是提供一个轻量级wBMS，还负责实现与这家高性能汽车制造商的核心维修和灵活运营模式相一致的无缝整合。
随后双方进行了讨论，重点是路特斯的轻量化电动汽车动力总成架构，以及ADI的wBMS如何帮助简化设计和减少复杂性，并实现进一步减重。
无线BMS (wBMS)是汽车行业一项真正的变革性技术，使得不再需要电池线束以及与标准有线BMS相关的大量电线和连接器。ADI的无线BMS将电池组布线减少了90%，电池组体积缩小了15%。无需线缆后，可以减轻车辆重量，降低材料成本，同时还能提高电池的安全性、可靠性和可维护性。Roger Keen表示：“wBMS省去了线束，能够助力路特斯提供性能优化的轻量化解决方案，这样带来的高性能也契合其品牌形象。”
合作
ADI的技术专家与路特斯的设计工程师合作，将wBMS集成到这家电动汽车制造商称为LEVA（轻量化电动汽车架构）的新动力总成架构中。
路特斯动力与底盘工程总监Richard Lively表示：“我们与ADI密切合作，将无线BMS集成到我们全新的轻量化电动汽车架构中，未来所有路特斯电动汽车都将基于此架构设计。无线BMS省去了传统线束，能够助力路特斯提供轻量化解决方案，在优化车辆性能的同时，也契合我们‘以优秀技术赋予卓越性能’的品牌理念。”
设计灵活性是成功的关键。ADI正好满足了路特斯的要求。借助wBMS，实现了更快、更简易的电池重组设计，优化了电池组组装，并简化了制造流程。电池管理系统的无线特性为路特斯提供了设计的多样性，让路特斯能够更有效地扩展未来电动汽车的车型。
由于新冠疫情影响，路特斯与ADI设计工程团队之间的现场合作也受到了限制。但路特斯和ADI并没有因此受到阻碍，他们通过电话会议、先进协作软件和分步操作视频进行了互动。
灵活的LEVA架构
路特斯的LEVA动力总成架构专为中置发动机的高性能汽车设计。驾驶员坐在前面，在中控台和方向盘后面。其他组件全部在驾驶员后方。车辆的大部分重量位于四个车轴的中间，改善了重量分配、稳定性和操控性。这种设计的优点还包括提高了安全性，减少了磨损。路特斯将在其他车辆设计和未来的量产车型采用LEVA的灵活架构。
LEVA（轻量化电动汽车架构）提供了设计灵活性和调整自由度
轻量化汽车将对重量化汽车形成竞争
创新的工程设计和突破性的技术使路特斯能够通过轻量化实现出色性能。减轻汽车的质量是让驾驶员、汽车和道路之间建立真正联系的有效手段。Shane O’Mahony说道：“在与ADI公司合作期间，路特斯主要负责去除线缆，在保持BMS性能优化的同时，实现所有设备的轻量化。”
拆除线缆和连接器后，由于去除了电池组的线束，因此可以减轻车辆的重量。去除电池组的线束还可提高可靠性，因为相关的线缆和连接器是出了名的系统故障点。无线电池组的另一个好处是具备更大的设计灵活性和可扩展性。
ADI电动交通营销经理Shane O'Mahony强调，“重量是高性能跑车的致命伤。”
灵活性与设计自由度
在优化了整个车辆结构以实现高性能后，如何设计电池组？
电池重组的灵活性至关重要，尤其是对于外形设计不断变化的空气动力学电动汽车项目工程师而言。wBMS不仅为路特斯提供了一条快速简便的途径来开发多功能性、可扩展性和优化的性能，而且移除线束后留下的空隙还在新车设计中提供了安装更多电池组的方法。在适当的情况下，动力总成中可以安装更多的电池，从而可提高动力性能并延长车辆行驶里程。
Roger Keen表示：“路特斯的工程师现在可以自由地按照他们认为合适的方式设计汽车，而不是在电池线束的限制下尽可能地设计汽车。”
提高监控能力和安全性，同时降低复杂性
电池组中存在成百上千个电池单元，如果每一个电池单元都要用一根导线连上它的正极和负极，那将是一场错综复杂的噩梦。因此，采用有限电池布线的有线电池管理系统无法监控每个电池单元。电池的健康状态也就无法测量，而只能通过检查电池的总体充电状态来推断。低电量或废电池检测不出来。
在无线BMS中，一组电池单元会传输一个无线信号，将安全数据发送到云端并安全地存储。路特斯技术人员或当地技工可以使用笔记本电脑深入查看大量信息，包括电池组中每组并联电池的充电状态和健康状态。OEM厂商可以从总部轻松快速地升级电池软件。wBMS为路特斯工程师提供了灵活性和云级网络安全，而又不会增加复杂性。
无需手动操作
在传统的有线BMS中，电池模块之间需要有开放的空间，以便人手伸进去连接很多线缆和连接器。无线BMS模块只有两个端子，模块可以更紧密地挤在一起，提高了密度，缩小了外形尺寸。端子可以很容易地用纤薄的机器人工具进行连接。
机器人装配带来了密度更高的电池组。二次使用中通过机器人进行电池组装和拆卸快速、安全且准确，为路特斯等电动汽车制造商节省了时间和金钱。
ADI汽车技术总监Gina Aquilano表示，“无线BMS支持电池组的健康状态测量和机器人组装与拆卸，确保能够识别和移除容量不足的电池单元，并有效地修复电池组。”
可维护性：不只是二次使用
经过多年使用后，无线电池组的容量会减少，不再是实现优化电动汽车电源性能的出色选择，这时可以很容易地重新调整电池组的用途，用于清洁和可持续的二次应用，例如要求较低的能源储存系统和世界各地的电网。“旧的”电动汽车电池可用于储存过剩的太阳能和风能来，从而助力实现未来的电气化愿景。
路特斯汽车动力与底盘工程总监Richard Lively表示：“每当有一个电池单元或几个电池单元过早地失去容量时，就要更换整个电池组，这是一种不可持续的商业模式。ADI公司的wBMS为我们的可维护性需求提供了一个快速简单且经济高效的解决方案。”
路特斯没有给其任何一款汽车设定生命周期，许多车型在25或30年后仍作为经典车型在路上行驶，这给制造商带来了难题。一辆几乎没有半衰期的汽车需要您让它“永远”保持运转，同时在整个汽车寿命内使电池保持出色的性能。
采用wBMS时，由于电池模组只有两个端子（正极和负极），并且是软件可编程的，可以实现快捷的在线升级，使得道路车辆与赛车的维护更加轻松快捷。电芯控制器与电池模组作为一个可维护单元一起使用，进一步简化服务模式。
维修业务模式并不是什么新鲜事。从家用电器到牙齿修复，维修业务几乎是当今所有行业的重要基石。电动汽车电池修复也将为当地技工、备件分销商和原始设备制造商带来巨大的商机。它对打造可持续发展环境的影响是巨大的。
“其他BMS竞争对手都没法提供像ADI公司那样的电池修复能力。可维护性将有助于使路特斯与其他电动汽车制造商区别开来，并减少了多达6吨的碳排放，”Shane O'Mahony说道，“而且它还有助于确保路特斯汽车车主享受数十年的高性能驾驶乐趣。”
wBMS能够识别电池的异常情况，方便快速更换电池，从而延长了电池组的使用寿命，节省了时间和成本。
可持续发展的未来和激动人心的驾驶体验
考虑到消费者开始注重环保，同时也为了提供较长的产品寿命和高性能，ADI和路特斯在合作时便以轻量化、可维护性和可持续性作为目标。
在工程设计方面所做的创新工作实现了更小的封装尺寸、更少的布线和更小的电池组体积，以及一个灵活的系统（横跨多种设计），使其更易于扩展，并且组装和拆卸起来更快、更安全。可维护电池为工业和原始设备制造商带来了大量商机，同时使我们向打造更清洁、更健康的地球又迈进了一步。
在接下来的发展历程中，大胆创新和激进思维又将助力路特斯向前迈出一大步。
关于ADI公司
Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司，致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁，以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案，推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展，应对气候变化挑战，并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2022财年收入超过120亿美元，全球员工2.4万余人。携手全球12.5万家客户，ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息，请访问www.analog.com/cn。
作者：ADI汽车电气化和可持续能源部公司副总裁Patrick Morgan
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