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作者：Patrick Morgan，ADI公司公司副總裁 引言 電動(dòng)交通和可持續能源生態(tài)系統如何為電動(dòng)汽車(chē)(EV)車(chē)主創(chuàng )造和提供更大的價(jià)值？ADI公司的電氣化解決方案產(chǎn)品系列ADI Recharge給出了新的定義。ADI Recharge改善了電動(dòng)汽車(chē)操作，并提高了電池的全壽命價(jià)值，最終有助于降低電動(dòng)汽車(chē)的總擁有成本。ADI正攜手OEM、一級供應商、電池制造商、電力公司和其他利益相關(guān)方，利用電動(dòng)汽車(chē)電池數據構建一個(gè)前所未有的信息生態(tài)系統。 電動(dòng)汽車(chē)正在崛起 前瞻性的政府政策、技術(shù)進(jìn)步和汽車(chē)行業(yè)對可持續發(fā)展的承諾相結合，形成了加速大眾市場(chǎng)采用電動(dòng)汽車(chē)的強大力量。然而，許多人仍然負擔不起電動(dòng)汽車(chē)，還有許多人對電動(dòng)汽車(chē)的價(jià)值仍然認識不清。政府經(jīng)濟政策可以在一定程度上支持電動(dòng)汽車(chē)議程，但覆蓋交通運輸和能源網(wǎng)絡(luò )的電氣化技術(shù)正在發(fā)生顛覆性創(chuàng )新，商業(yè)服務(wù)必須帶頭破除電動(dòng)汽車(chē)采用的剩余障礙。 科技公司可以發(fā)揮重要作用。提高負擔能力的一個(gè)重要因素是使用更智能、更高效的電池包和動(dòng)力系統。這些系統必須安全、可靠、穩健，以保證在車(chē)輛的整個(gè)生命周期內都能保持高性能。我們需要先進(jìn)的技術(shù)來(lái)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的電芯，使電池包適合機器人組裝，支持零鈷化學(xué)材料（如LFP），并實(shí)現循環(huán)式電池生命周期，使其可以被回收或在儲能系統中再利用。 半導體和軟件引領(lǐng)可持續交通之道 ADI公司先進(jìn)的電氣化解決方案系列ADI Recharge為汽車(chē)價(jià)值鏈（含汽車(chē)/車(chē)隊所有者、OEM和一級供應商）提供顛覆性能力。ADI Recharge包括先進(jìn)的電池技術(shù)、車(chē)載充電器、電源管理和隔離技術(shù)解決方案。這些解決方案的組合將電動(dòng)汽車(chē)電池和動(dòng)力系統轉變成車(chē)輛整體能力中一個(gè)技術(shù)先進(jìn)的部分。其核心是ADI電池管理系統(BMS)，它是一個(gè)完整的系統級解決方案，不僅包括硬件，還包括軟件驅動(dòng)和工具，支持無(wú)線(xiàn)軟件更新，并獲得了高標準的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )安全認證(ISO 21434 CAL-4)。ADI網(wǎng)絡(luò )協(xié)議充分支持有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)操作。該解決方案不僅使OEM能夠將電動(dòng)汽車(chē)設計擴展到整個(gè)車(chē)隊，還為電芯帶來(lái)了安全的邊緣智能。它將電池包變成軟件定義的平臺，并將車(chē)輛變成安全互聯(lián)的邊緣節點(diǎn)。 
圖1.典型的多組件有線(xiàn)BMS網(wǎng)絡(luò )（左），以及由wBMS技術(shù)實(shí)現的更簡(jiǎn)單的布置（右）。 穩健的電池洞察平臺 ADI公司正在幫助打造一個(gè)新的生態(tài)系統，其中的價(jià)值鏈可以利用實(shí)時(shí)電池數據洞察并部署創(chuàng )新解決方案，讓電池的全壽命價(jià)值和電動(dòng)汽車(chē)的運行性能得到改善，為電動(dòng)汽車(chē)/車(chē)隊所有者帶來(lái)更好的結果�；谖覀兙媒�(jīng)考驗、業(yè)界先進(jìn)的高精度電芯監測傳感能力，ADI解決方案利用邊緣安全智能、嵌入式軟件和無(wú)線(xiàn)通信鏈路提供實(shí)時(shí)電池數據洞察，這對于開(kāi)發(fā)適用于電池完整生命周期的新系統和服務(wù)至關(guān)重要。這些能力讓車(chē)輛/車(chē)隊所有者有機會(huì )從基于價(jià)值的定價(jià)結構中獲益，也讓制造商和供應商有機會(huì )改善可變成本并降低管理費用，同時(shí)實(shí)現更快的上市時(shí)間和更高的產(chǎn)線(xiàn)效率。這些創(chuàng )新還有助于為電動(dòng)汽車(chē)與清潔能源電網(wǎng)實(shí)現更可靠的融合創(chuàng )造機會(huì )。 那么，ADI電池洞察平臺從頭到尾是什么樣子的呢？？ u 從數據源開(kāi)始——電芯上的智能傳感器以無(wú)線(xiàn)方式將數據收集到中央管理平臺，后者將處理后的洞察提供給BMS發(fā)動(dòng)機控制單元(ECU)。ADI公司提供一個(gè)生產(chǎn)級軟件模塊，從中可以訪(fǎng)問(wèn)洞察，并且平臺可以通過(guò)簡(jiǎn)單的API重新配置。 u 仔細觀(guān)察洞察平臺的邊緣——連接到電芯的第一個(gè)也是至關(guān)重要的集成電路(IC)是ADI公司的第七代電芯監測傳感器�；贏(yíng)DI先進(jìn)的測量能力，該傳感器增加了新特性，可實(shí)現突破性的數據洞察。它能以出色的精度準確分析電池充電狀態(tài)和健康狀況，這種精度在整個(gè)生命周期都有保證。這款傳感器的功耗只有前代產(chǎn)品的1/20，節省的部分能量可用于在邊緣處理有價(jià)值的洞察。最后，僅一個(gè)IC就能檢測高達100 V的電池堆或24個(gè)串聯(lián)電芯，因此，它是一種高度集成且具高能效的電池傳感器。 u 安全射頻微控制器單元(RF MCU)——該IC的嵌入式軟件控制傳感器操作并處理數據，然后饋入ADI的洞察算法。這些算法生成洞察，支持更準確地估計充電狀態(tài)(SoC)，適用于快速充電和增程等應用。RF MCU的超穩健無(wú)線(xiàn)電和嵌入式網(wǎng)絡(luò )軟件將洞察傳輸到BMS ECU。每個(gè)RF MCU都包括一個(gè)符合ISO 21434 CAL-4標準的綜合安全子系統。一個(gè)關(guān)鍵特性是每個(gè)IC都有唯一的安全身份標識，利用此標識可以創(chuàng )建每個(gè)電池的洞察歷史。 u 中央處理(BMS ECU)——ADI算法會(huì )融合來(lái)自多個(gè)邊緣節點(diǎn)的已處理數據，產(chǎn)生電池包和車(chē)輛級洞察。 整個(gè)電池壽命周期內的系統價(jià)值 OEM正迅速將其車(chē)隊電氣化。下面我們討論一些促進(jìn)持續價(jià)值交付的重要機會(huì )。 電動(dòng)汽車(chē)自動(dòng)化制造 ADI Recharge無(wú)需線(xiàn)束。這增強了OEM的機器人制造能力，使OEM能夠優(yōu)化產(chǎn)線(xiàn)效率、可靠性、電池包組裝和制造成本。該系統支持所有已知的電池化學(xué)材料，包括低成本化學(xué)材料，而且它提高了電池包的模塊化程度，使得電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)可以靈活地擴展——從入門(mén)級到高檔都能生產(chǎn)。由于無(wú)線(xiàn)架構非常穩健，軟件和網(wǎng)絡(luò )升級可以減少電池材料需求。與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相比，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可以快速輕松地實(shí)現，大大縮短開(kāi)發(fā)周期時(shí)間。ADI公司的第七代電芯監測傳感器還實(shí)現了架構級的效益節省——使用單個(gè)IC能夠檢測多達24個(gè)通道，從而降低耦合要求，并且EMC性能出色，無(wú)需電容等外部元件。
圖2.Sentinel wBMS系統 - 2021版 適用于電池包的數字孿生 軟件車(chē)輛的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。ADI系統可為電池包提供高度準確的數字孿生服務(wù)。其目標是早在原型可用之前就展示超穩健的RF性能，從而使設計一次成功。這有助于改進(jìn)電池包設計和規劃，支持在開(kāi)發(fā)階段獲得顯著(zhù)更高的投資回報。 提高車(chē)輛可靠性 采用無(wú)線(xiàn)方案可以去除線(xiàn)束，從而不僅節省成本，還能消除車(chē)輛中潛在的故障源。隨著(zhù)時(shí)間的推移，電線(xiàn)和連接器可能會(huì )退化或失效。此外，該平臺可在制造和車(chē)輛運行期間自主運行深度電池測試，以識別缺陷/故障的早期跡象，避免給最終客戶(hù)帶來(lái)嚴重的安全問(wèn)題。 高標準網(wǎng)絡(luò )安全認證和電池護照 生態(tài)系統圍繞電池數據構建新系統和增值服務(wù)時(shí)，透明度、安全性和易部署性至關(guān)重要。ADI公司將這項技術(shù)作為交鑰匙解決方案引入大規模生產(chǎn)中，在各個(gè)層面都顧及到安全性。ADI公司的wBMS通過(guò)了高標準的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )安全認證(ISO 21434 CAL-4)。每個(gè)wBMS IC都包含一個(gè)安全身份標識——它是實(shí)現行業(yè)“電池護照”目標的重要組成部分。 改善電動(dòng)汽車(chē)操作和性能 wBMS洞察平臺利用ADI公司的第七代電芯監測傳感器和邊緣算法來(lái)實(shí)現更快的充電速度、更長(cháng)的續航里程和更長(cháng)的電池壽命，同時(shí)充分保證安全性。支持軟件更新的能力確保電池和動(dòng)力系統性能得到持續改進(jìn)。安全的無(wú)線(xiàn)功能還意味著(zhù)可以方便地分析電池包的狀況。如果檢測到故障，無(wú)線(xiàn)配置可簡(jiǎn)化拆卸和更換工作。 無(wú)縫過(guò)渡到電池梯次利用階段 電池包占電動(dòng)汽車(chē)零售價(jià)格的30%以上（2023年），因此整個(gè)價(jià)值鏈都有促使積極培育梯次利用市場(chǎng)的經(jīng)濟激勵因素。wBMS可準確跟蹤電池在其整個(gè)生命周期內的健康狀況，并確定電池包的轉售價(jià)值，從而確保買(mǎi)賣(mài)雙方能夠相互信任。這將使得電池可以作為資產(chǎn)來(lái)補償一些初始投資，并將其節省的價(jià)值間接轉移給車(chē)輛/車(chē)隊所有者。由于不存在線(xiàn)束，電池包可以更快速、更經(jīng)濟地拆卸，進(jìn)而順利實(shí)現電池梯次利用和回收應用。
圖3.電池包更易于維修、再利用和回收。 電動(dòng)交通與清潔能源電網(wǎng)的融合 電動(dòng)汽車(chē)的激增導致對充電站的需求增加，并給電網(wǎng)帶來(lái)了額外的壓力，使其在時(shí)間和空間上都呈現出特有的動(dòng)態(tài)變化。能量?jì)Υ婧娃D換與能量管理相結合，將把電動(dòng)汽車(chē)變成一種重要且有價(jià)值的電網(wǎng)穩定工具。 ADI wBMS為電動(dòng)汽車(chē)和儲能系統(ESS)提供的智能電池軟件和無(wú)線(xiàn)鏈路有助于協(xié)調清潔能源電網(wǎng)上的能量流，從而更高效、更順暢地管理供應與需求。實(shí)施動(dòng)態(tài)充電費率可以?xún)?yōu)化充電時(shí)間安排并獲得更好的電價(jià)。 加速實(shí)現更加可持續的未來(lái) 展望未來(lái)，我們發(fā)現，電動(dòng)汽車(chē)只是全球向可持續發(fā)展大規模轉變的開(kāi)始。充電線(xiàn)兩端都需要先進(jìn)的技術(shù)解決方案。電池數量將會(huì )不斷激增，而且使用不同化學(xué)材料的電池會(huì )越來(lái)越多，我們需要新的洞察來(lái)實(shí)現電池的循環(huán)利用。實(shí)現可持續的未來(lái)也意味著(zhù)制定道德規范，而那些能夠避免使用沖突礦產(chǎn)的電池化學(xué)材料（如零鈷LFP）將在市場(chǎng)上繼續受到青睞。最終，利用我們在精密管理、控制和實(shí)時(shí)信號處理方面的創(chuàng )新，ADI給生態(tài)系統的每個(gè)節點(diǎn)邊緣都帶來(lái)智能方案，確保電氣化交通和潔凈電網(wǎng)可靠融合，實(shí)現更加可持續的未來(lái)。 關(guān)于作者 Patrick Morgan博士是ADI公司汽車(chē)和能源部副總裁兼總經(jīng)理，同時(shí)還擔任模擬/混合信號IC、軟件和系統領(lǐng)域的負責人。Patrick在成功開(kāi)發(fā)技術(shù)和發(fā)展汽車(chē)、消費電子和工業(yè)市場(chǎng)業(yè)務(wù)方面擁有超過(guò)27年的經(jīng)驗。他之前曾在NXP和Freescale Semiconductor擔任副總裁和總經(jīng)理，任職期間搭建和發(fā)展了先進(jìn)駕駛輔助系統(ADAS)業(yè)務(wù)。在加入Freescale之前，他曾擔任Javelin Semiconductor（一家功率放大器初創(chuàng )公司）營(yíng)銷(xiāo)和銷(xiāo)售部副總裁，在他的帶領(lǐng)下，該公司出貨量達到了5000萬(wàn)臺，最后被Avago成功收購。2000年代初期，Patrick還曾是美國德克薩斯州奧斯丁市Silicon Labs無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的主要負責人之一，任職期間，該品牌移動(dòng)手持設備的市場(chǎng)價(jià)值從零飆升到10億美元以上。Patrick擁有七項專(zhuān)利以及斯坦福大學(xué)電氣工程博士學(xué)位，曾居住在美國加利福尼亞州、美國德克薩斯州、美國亞利桑那州、美國馬薩諸塞州和德國。Patrick來(lái)自美國中西部地區，現與妻子Lyn居住在美國新英格蘭地區，并育有兩個(gè)孩子。 |
