從設(shè)計(jì)和制造到電池再利用和安全保護(hù)的高級(jí)成本分析揭示了原始設(shè)備制造商利用wBMS增加下一代電動(dòng)汽車?yán)麧?rùn)的機(jī)會(huì)。

電動(dòng)汽車（EV）行業(yè)向無(wú)線電池管理系統(tǒng)（wBMS）的演變?cè)谠S多方面是不可避免的。無(wú)線與有線 BMS 的優(yōu)勢(shì)對(duì)于任何努力解決有線系統(tǒng)固有的復(fù)雜性、BOM 成本、空間和勞動(dòng)力損失的人來(lái)說(shuō)都是非常清楚的，無(wú)論應(yīng)用如何。

相比之下，wBMS有望為下一代電動(dòng)汽車節(jié)省高達(dá)90%的布線和高達(dá)15%的電池組體積。這是通過(guò)消除通信線束和連接器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而是利用具有完全集成電子設(shè)備的智能電池模塊——唯一暴露的連接器是 +ve 和 –ve 端子。

但是，wBMS技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的好處只能通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和制造基礎(chǔ)設(shè)施的大量投資來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，無(wú)線系統(tǒng)特有的安防和安全要求在電池組生命周期的每個(gè)階段（從制造到再利用）進(jìn)行自上而下的重新評(píng)估。

乍一看，這項(xiàng)工作的規(guī)模對(duì)OEM的采用構(gòu)成了看似不可能的障礙。ADI公司和通用汽車在wBMS技術(shù)誕生之初就承擔(dān)了這項(xiàng)投資，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，其主流（也許無(wú)處不在）商業(yè)采用將顯著節(jié)省成本，并提高制造可擴(kuò)展性和效率。

需要明確的是，將wBMS視為快速節(jié)省成本的機(jī)會(huì)的OEM廠商應(yīng)該從一開(kāi)始就重新設(shè)定他們的期望。為了充分釋放wBMS的成本效益，OEM必須首先將電池組視為隨著時(shí)間的推移進(jìn)行有效管理的資產(chǎn) - 通過(guò)車輛上的“第一次生命”，再到“第二次生命” - 以實(shí)現(xiàn)盡可能高的投資回報(bào)。只有這樣，wBMS的成本節(jié)約才能清晰而全面地體現(xiàn)出來(lái)。

ADI公司接受了wBMS帶來(lái)的無(wú)數(shù)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，通過(guò)對(duì)完整、可擴(kuò)展的wBMS解決方案的辛勤工作和投資，我們成功地滿足了支持OEM從概念到發(fā)布所需的要求。通過(guò)這樣做，我們確定了額外的設(shè)計(jì)和成本機(jī)會(huì) 效率將為將wBMS視為明確前進(jìn)道路的OEM鋪平道路。根據(jù)早期的OEM反饋，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，wBMS預(yù)計(jì)將更具成本效益，并且在全行業(yè)范圍內(nèi)實(shí)施電動(dòng)汽車方面具有優(yōu)勢(shì)。

制造效率優(yōu)勢(shì)

致力于wBMS技術(shù)就是重新構(gòu)想電動(dòng)汽車工廠的設(shè)計(jì)方式。但是，從生產(chǎn)到產(chǎn)品完全無(wú)線化的優(yōu)點(diǎn)變得很難 忽略何時(shí)考慮所有移動(dòng)部件（有些字面意思）。

據(jù)觀察，幾乎機(jī)器人制造和全機(jī)器人制造之間存在很大差異。簡(jiǎn)而言之，一旦人類被引入工廠 充滿高速機(jī)器人的地板環(huán)境，還必須采取重要的保護(hù)措施來(lái)保護(hù)它們，這本質(zhì)上會(huì)降低產(chǎn)量 效率可以通過(guò)完全端到端自動(dòng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在整個(gè)工廠車間使用無(wú)線通信進(jìn)行wBMS生產(chǎn)真正為非接觸式、全機(jī)器人電動(dòng)汽車電池組制造打開(kāi)了大門。 除了在車輛層面利用wBMS的優(yōu)勢(shì)外，OEM還可以通過(guò)消除寶貴的人員花費(fèi)時(shí)間手動(dòng)將電池組連接到線束和/或測(cè)試模塊和連接（通過(guò)此活動(dòng)所需的持續(xù)安全培訓(xùn)）來(lái)進(jìn)一步降低其資本支出和運(yùn)營(yíng)支出。

wBMS的這一方面為新興和成熟的OEM提供了繞過(guò)傳統(tǒng)有線生產(chǎn)的機(jī)會(huì)，轉(zhuǎn)而支持全無(wú)線，全機(jī)器人制造。反過(guò)來(lái)，他們能夠?qū)崿F(xiàn)制造效率和靈活性，充分利用有限的預(yù)算，保持靈活性，并與財(cái)力雄厚的老牌企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。通過(guò)繞過(guò)對(duì)專門用于操縱有線電池組線束的時(shí)間和成本密集型任務(wù)的機(jī)器人的需求，各種規(guī)模的原始設(shè)備制造商都可以實(shí)現(xiàn)高速、高效機(jī)器人生產(chǎn)的全部承諾。ADI公司開(kāi)發(fā)了wBMS，以便在生產(chǎn)的每個(gè)步驟中都支持自動(dòng)化，使OEM更容易過(guò)渡到支持wBMS的工廠。

在整個(gè)生命周期中增強(qiáng)可擴(kuò)展性和靈活性

借助wBMS，OEM和電池供應(yīng)商可以自由地設(shè)計(jì)和生產(chǎn)任意數(shù)量的電池組變體，而無(wú)需設(shè)計(jì)線束。他們可以利用通用的wBMS平臺(tái)，該平臺(tái)可針對(duì)單個(gè)車型進(jìn)行軟件配置，同時(shí)降低總體開(kāi)發(fā)成本。這仍然是wBMS價(jià)值主張的核心：OEM獲得了更大的靈活性，可以將其電動(dòng)汽車車隊(duì)擴(kuò)展到各種車輛類別的批量生產(chǎn)，以滿足不斷變化的消費(fèi)者需求。通過(guò)采用wBMS來(lái)支持其突破性的Ultium電池平臺(tái)，通用汽車可以在其品牌和車輛領(lǐng)域擴(kuò)展該平臺(tái)，從工作卡車到高性能車輛。更廣泛地說(shuō)，通用汽車認(rèn)為wBMS技術(shù)使其車隊(duì)實(shí)現(xiàn)了更廣泛的電氣化。

但是，在降低電池組在其可用壽命內(nèi)的碳足跡，同時(shí)擴(kuò)大相關(guān)的收入潛力方面，還有很多工作要做。這 通過(guò)“減少、維修和再利用”策略實(shí)現(xiàn)，wBMS可以幫助減少昂貴的車輛召回，簡(jiǎn)化維修，并促進(jìn)電池再利用。 報(bào)廢和回收的首選替代方案。

wBMS使維護(hù)備用模塊庫(kù)存變得相當(dāng)容易，并且在車輛維修期間更容易更換電池組。跟蹤和定位庫(kù)存或在服務(wù)呼叫期間嘗試卸下電池線束（不損壞電池線束）不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間或感到沮喪。模塊在供應(yīng)鏈中遷移時(shí)只需掃描進(jìn)出，最后從庫(kù)存貨架到車輛，安裝簡(jiǎn)便性是傳統(tǒng)有線BMS無(wú)法比擬的。這不僅僅影響電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)階段的服務(wù)。包裝設(shè)計(jì)師不再需要花費(fèi)寶貴的時(shí)間和空間來(lái)適應(yīng)線束的拆卸和更換方式，從而實(shí)現(xiàn)更快的設(shè)計(jì)和更高的能量密度包裝。

wBMS功能還可以使電池能夠測(cè)量和報(bào)告自己的性能，增加早期故障檢測(cè)，并有助于避免代價(jià)高昂的車輛召回。 同時(shí)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的電池組組裝。數(shù)據(jù)可以在整個(gè)電池壽命周期（從組裝到倉(cāng)庫(kù)和運(yùn)輸，再到安裝和維護(hù)）中遠(yuǎn)程監(jiān)控。

對(duì)于有興趣最大化其電池組的使用壽命和收入潛力的原始設(shè)備制造商來(lái)說(shuō)，wBMS使二次電池的再利用更加多。 有效。減去線束，電池組更容易維修和重復(fù)使用，以確保盡可能長(zhǎng)的使用壽命和更環(huán)保的碳 整體足跡。一旦達(dá)到確定的健康狀況，原始設(shè)備制造商就可以隨時(shí)轉(zhuǎn)售他們的廢舊電池，用于太陽(yáng)能或風(fēng)能存儲(chǔ)等應(yīng)用。

ADI公司估計(jì)，采用這種減少、維修和再利用策略的OEM如果對(duì)電池組進(jìn)行維修而不回收，可以減少7噸碳排放。在成本節(jié)約方面，原始設(shè)備制造商通常會(huì)指定大約 1000 美元來(lái)回收每輛電動(dòng)汽車的電池組——這可能超過(guò)原始設(shè)備制造商在原始車輛銷售中獲得的利潤(rùn)，因此 OEM 探索盡快轉(zhuǎn)售其二手電動(dòng)汽車電池的方法具有良好的商業(yè)意義，以便從中獲得最大價(jià)值。

圖3.包裝更易于維修、重復(fù)使用和回收。

設(shè)備安全和設(shè)計(jì)成功

隨著電動(dòng)汽車電池組的生命周期進(jìn)一步延長(zhǎng)，在從制造到維修再到退役的過(guò)程中，越來(lái)越需要為每個(gè)wBMS模塊提供嚴(yán)格的安全協(xié)議。OEM 必須始終保持電池模塊的完整性，否則如果無(wú)法獨(dú)立驗(yàn)證模塊的安全狀態(tài)，則有可能否定模塊在二次使用應(yīng)用中重復(fù)使用的價(jià)值。

這對(duì)車輛的維修保養(yǎng)方便性也具有重要意義。wBMS模塊可以設(shè)計(jì)為基本上自我驗(yàn)證，電池組可以設(shè)計(jì)為自動(dòng)拒絕“壞”模塊。這也使得更容易確保只有原裝備件進(jìn)入電池組，由經(jīng)批準(zhǔn)的服務(wù)代理在保修的情況下安裝。

同樣，實(shí)施這些措施可能成本過(guò)高和/或被視為OEM試圖利用wBMS全部?jī)?yōu)勢(shì)的主要障礙。這 為跨越電池或模塊整個(gè)生命周期的新通信平臺(tái)設(shè)計(jì)全新的安全架構(gòu)的前景對(duì)OEM來(lái)說(shuō)很難接受。

ADI在wBMS和安全模塊跟蹤功能方面的重大持續(xù)投資使OEM無(wú)需花費(fèi)大量時(shí)間和費(fèi)用來(lái)實(shí)現(xiàn)安全 供應(yīng)鏈和/或保姆系統(tǒng)中無(wú)法從基于公鑰的證書(shū)方案的便利中受益的位置。如果OEM已經(jīng)預(yù)先完成了這項(xiàng)艱苦的工作，則無(wú)需聘請(qǐng)一支敬業(yè)（且昂貴！）的頂級(jí)網(wǎng)絡(luò)安全專家團(tuán)隊(duì)，ADI可以幫助OEM以最少的資本支出滿足這些嚴(yán)格的安全要求。

這凸顯了對(duì)全面設(shè)計(jì)策略的需求，以幫助OEM最大化其在wBMS技術(shù)方面的投資的全部?jī)r(jià)值，而無(wú)需擔(dān)心。 任何一個(gè)失誤都可能顛覆預(yù)計(jì)的總體成本節(jié)約。ADI先進(jìn)的電池組仿真技術(shù)早在CAD繪圖階段開(kāi)始之前，就通過(guò)對(duì)電池組仿真的“數(shù)字孿生”進(jìn)行全面評(píng)估來(lái)預(yù)測(cè)wBMS系統(tǒng)性能，從而幫助OEM廠商實(shí)現(xiàn)一次性成功設(shè)計(jì)。

這將有助于為為wBMS開(kāi)發(fā)的OEM電池組建立舒適的設(shè)計(jì)裕度，同時(shí)有助于確認(rèn)wBMS與周圍組件生態(tài)系統(tǒng)的互操作性。這是一個(gè)不容忽視的關(guān)鍵點(diǎn)：wBMS必須設(shè)計(jì)得非常健壯，以便從開(kāi)發(fā)的角度來(lái)看真正低成本。

稍微“足夠好”的wBMS設(shè)計(jì)可能會(huì)在這里和那里節(jié)省一些系統(tǒng)成本，但這些前期節(jié)省可能會(huì)被相關(guān)的開(kāi)發(fā)完全抵消。 隨著系統(tǒng)缺陷可能產(chǎn)生的成本在后期設(shè)計(jì)階段開(kāi)始浮出水面。架構(gòu)良好、靈活的 wBMS 設(shè)計(jì)可以避免與調(diào)整單個(gè)車型的單個(gè)電池組相關(guān)的成本超支和挫敗感，從而為 OEM 的電池組平臺(tái)提供更大的整體可擴(kuò)展性。

圖4.世界上第一個(gè)wBMS生產(chǎn)系統(tǒng)的架構(gòu)。ADI公司提供的電池組監(jiān)測(cè)硬件和生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、安全和安保軟件。

wBMS的光明未來(lái)

在考慮與傳統(tǒng)有線 BMS 相比簡(jiǎn)化的制造流程和降低的資本支出/運(yùn)營(yíng)支出時(shí)，OEM 對(duì)成熟的 wBMS 技術(shù)的反饋 表明每輛乘用車可能節(jié)省高達(dá) 250 美元的成本。考慮到隨之而來(lái)的車輛/電池服務(wù)和庫(kù)存監(jiān)控效率，以及通過(guò)二次電池組回收和再利用增加整體利潤(rùn)的額外機(jī)會(huì)，很容易設(shè)想wBMS技術(shù)在下一代電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)中的盈利和可持續(xù)未來(lái)。

通用汽車是眾多采用wBMS的原始設(shè)備制造商中第一家，令人驚訝的是，它選擇在所有車輛中首次展示wBMS的優(yōu)勢(shì) - 在所有車輛中 - 非常大的SUV，這一車輛類別可能因其巨大的環(huán)境足跡而被人們銘記。如果GMC悍馬能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色交通的全電動(dòng)典型，那么主流電動(dòng)汽車采用的最后障礙肯定會(huì)在我們眼前崩潰，而wBMS技術(shù)將在這種轉(zhuǎn)變中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

審核編輯：

郭婷