作者：Norbert Bieler，Paul Hartanto-Doeser

特斯拉對電池“超級工廠”的大規模投資以及大眾汽車計劃到2030年在歐洲建立六個專門的電池生產工廠1表明電池已成為汽車行業中最具戰略意義的部件。

汽車制造商努力減少電池在車輛整個生命周期內的尺寸、重量和成本影響，并延長電池支持的行駛里程，這將對其市場份額和競爭力產生巨大影響。隨著越來越多的老式電動汽車達到使用壽命，汽車制造商甚至將爭奪從報廢車輛中回收的所謂二次電池的價值。

關于電池發展的新聞頭條傾向于強調對新的，有時是奇特材料的研究，這些材料有一天可能能夠存儲更多 充電比今天的鋰技術;電池的一個完全不同的部分 - 電池管理系統（BMS），用于監控電池的充電狀態（SOC）和健康狀態（SOH） - 往往會被忽視。但事實上，由ADI公司開發并由通用汽車在其模塊化Ultium電池中率先推出的新型無線電池管理系統（wBMS）技術有望在電池的整個生命周期內為汽車制造商提供新的競爭優勢，從電池模塊首次組裝到電動汽車運行，再到處置。 甚至進入電池的第二次壽命。

繼通用汽車發布悍馬EV之后，2ADI公司是眾多采用wBMS的型號中的第一個，它運行了一個批量生產計劃，展示了如何 我們的無線技術實現了電動汽車電池的設計、生產、維修和處置的轉變。

與電池中的有線連接相關的成本、空間、重量和設計問題

ADI公司開發wBMS技術的靈感來自于對傳統電動汽車電池組中通信布線缺點的分析。該分析借鑒了該公司的專業知識：它提供市場上最準確的傳統BMS，在無線通信領域它是5G無線電技術的領導者。它還為工業環境開發了世界上最強大的網狀網絡技術。

在傳統的EV電池中，布線支持電池組中每個電池與電子控制單元（ECU）之間的通信，電子控制單元調節其操作以確保其為車輛供電。

這種對電池內部通信的要求反映了大型電池組的復雜架構：它由模塊組成，每個模塊包含多個電池。自然生產變化意味著每個細胞都有單獨的特征，這些特征在指定的公差范圍內變化。為了最大限度地提高電池容量、使用壽命和性能，需要為每個模塊單獨監控和記錄電池運行的關鍵參數（電壓、充電/放電電流和溫度）。這是BMS中細胞監測單元的工作。

但是，來自每個電池的數據只有在到達BMS的ECU時才有用，ECU控制電池的供電方式，一個模塊一個模塊地控制電池的供電方式，并保持電池的安全功能。

這就是為什么電動汽車的電池需要一種方法來將數據從每個模塊（測量電壓、電流和溫度）傳輸到ECU的處理器。 （見圖1）。傳統上，這些連接是用電線進行的：有線連接的優點是熟悉和易于理解。

圖1.典型的復雜多組件有線BMS網絡（左）和ADI公司的wBMS技術實現的更簡單的排列（右）。

但是，編制一長串不合適的方法并不難：銅線束很重，占用的空間，如果由電池填充，將提供額外的能量容量。此外，連接器可能會遭受機械故障。換句話說，電線增加了開發工作量、制造成本和重量，同時還降低了機械可靠性和可用空間。這導致行駛里程減少。擺脫線束，汽車制造商也獲得了新的靈活性，可以設計電池組的外形尺寸以適應車輛的設計要求。

電池線束的復雜性也使電池組的組裝變得困難且昂貴：必須手動組裝有線組并終止連接。這是一個昂貴且危險的過程，因為高壓電動汽車電池模塊是充電的。為了維護裝配過程的安全并保護生產線工人，我們采用了嚴格的安全協議。

ADI公司模塊化和可擴展的wBMS系統平臺的優勢在于，OEM可以完全自動化電池組組裝。消除（信號）線束后，電池模塊唯一需要的連接是電源端子，機器人可以在自動化過程中輕松完成。通過消除體力勞動，OEM還消除了裝配線工人的安全風險（見圖2）。

在通用汽車實施wBMS技術的過程中，Ultium模塊的可擴展架構也有助于降低通用汽車的電池組成本。雖然 Ultium電池于2021年首次亮相，這些模塊將部署在通用汽車的整個系列中，不僅在重型車輛中，而且在所有公路車中，從高性能和高檔汽車到小型車。正如通用汽車全球電氣化和電池系統執行董事Kent Helfrich在2020年9月的新聞公告中提到的那樣，“可擴展性和復雜性降低是我們Ultium電池的主題——無線管理系統是這種驚人靈活性的關鍵推動因素。3

因此，汽車制造商有很多充分的理由在新的電動汽車電池系統中用強大的無線技術取代BMS的電線。但優點 ADI公司的wBMS技術超出了新車在特許經銷商前院出售的時間點。

維修—安全的無線功能意味著無需接觸電池組即可通過授權車庫中的診斷設備方便地分析電池組的狀況。如果檢測到故障，可以輕松拆卸和更換故障模塊。無線配置簡化了電池系統中新模塊的安裝。

處置—電池組內的可回收金屬和潛在危險材料需要批準和規范的處置安排。簡單的連接和沒有通信線束使得電池模塊的拆卸比有線電池更容易、更快捷。

第二次生命——未來電動汽車電池的壽命可能會超過車輛本身的壽命：特斯拉的埃隆·馬斯克（Elon Musk）估計，電池在完全失效之前的典型壽命相當于“100萬英里”。因此，現在正在出現一個市場，即從報廢的電動汽車中回收的二次電池，并重新用于可再生能源存儲系統和電動工具等應用。這為電動汽車制造商創造了新的價值來源，這些制造商負責回收或處置報廢電動汽車中的電池。

wBMS技術可以輕松從每個智能模塊中讀取關鍵電池數據：這意味著可以單獨確定電池的狀況。例如，此數據可以提供有關模塊的 SOC 和 SOH 的信息。結合模塊最初生產時的數據，這允許在下一個應用中優化使用二次使用模塊，并為銷售的每個模塊提供一套詳細的規格。數據的現成可用性增加了模塊的轉售價值。

用于電池數據采集的完整無線系統

wBMS技術利用了ADI公司處于市場領先地位的兩個長期領域：檢測與測量以及RF通信。wBMS技術是一個完整的解決方案，汽車制造商很容易集成到電池組設計中。它包括用于每個電池模塊的無線單元監控控制器（wCMC）單元，以及用于控制通信網絡的無線管理器單元，該單元將多個電池模塊無線連接到ECU。

除無線部分外，每個wCMC單元還包括一個一流的電池管理系統，該系統可對各種電池參數進行高精度測量，以便應用處理單元可以分析電池的SOC和SOH。

強大的通信架構

ADI公司在wBMS系統中實施的無線網絡協議的核心是汽車行業對可靠性、安全性和安全性的要求。與藍牙或Wi-Fi網絡等面向消費者的無線技術不同，wBMS解決方案基于全網時間同步技術，強調在所有工作條件下實現可靠和安全的通信，以滿足汽車應用的要求。?

在通用汽車的量產電動汽車中使用wBMS證明了其在最惡劣環境中的可靠性：基于wBMS的電池已經在100多輛測試車輛中運行了數十萬公里，無論是公路還是越野，以及從沙漠到冰凍的北方和最惡劣的條件下。經過驗證的可靠性，并成功通過了所有OEM安全性和穩健性認證，它將很快出現在各種乘用車中。

借助wBMS，ADI公司還支持汽車制造商符合ISO 26262功能安全標準的計劃。無線電技術和網絡協議的開發方式使系統在嘈雜的環境中具有彈性，并使用復雜的加密技術在監控單元和管理器之間提供安全通信。安全措施可避免犯罪分子或黑客等意外接收者欺騙在無線網絡上傳輸的數據。此外，傳輸的數據是在不修改內容的情況下接收的，并且預期的接收者確切地知道哪個來源發送了消息。

電池價值的壽命管理

在電池組的整個生命周期中，從初始組裝到處置再到第二次壽命，嵌入在電池組中的wBMS功能可確保車輛制造商及其車主可以輕松跟蹤電池的狀況，保持性能和安全性，并實現價值最大化。整個系統，包括電池模塊的電芯監控單元與ECU之間的交互，由ADI技術處理，配置設置由制造商定義。

wBMS技術還由ADI公司的電池生命周期洞察服務（BLIS）技術提供支持。這提供了基于云的邊緣和云軟件，以支持可追溯性、生產優化、存儲和運輸監控、早期故障檢測和壽命延長。

wBMS和BLIS技術共同使汽車制造商能夠在電池組開發和生產方面獲得更高的投資回報，提高其電動汽車業務戰略的經濟性，并幫助加速市場向低碳、可持續的個人移動出行未來的轉變。

審核編輯：郭婷