先進電氣化技術加速實現可持續交通
發布時間：2023-11-28 19:30
發布者：eechina
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作者：Patrick Morgan，ADI公司公司副總裁 引言 電動交通和可持續能源生態系統如何為電動汽車(EV)車主創造和提供更大的價值？ADI公司的電氣化解決方案產品系列ADI Recharge給出了新的定義。ADI Recharge改善了電動汽車操作，并提高了電池的全壽命價值，最終有助于降低電動汽車的總擁有成本。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方，利用電動汽車電池數據構建一個前所未有的信息生態系統。 電動汽車正在崛起 前瞻性的政府政策、技術進步和汽車行業對可持續發展的承諾相結合，形成了加速大眾市場采用電動汽車的強大力量。然而，許多人仍然負擔不起電動汽車，還有許多人對電動汽車的價值仍然認識不清。政府經濟政策可以在一定程度上支持電動汽車議程，但覆蓋交通運輸和能源網絡的電氣化技術正在發生顛覆性創新，商業服務必須帶頭破除電動汽車采用的剩余障礙。 科技公司可以發揮重要作用。提高負擔能力的一個重要因素是使用更智能、更高效的電池包和動力系統。這些系統必須安全、可靠、穩健，以保證在車輛的整個生命周期內都能保持高性能。我們需要先進的技術來生產優質的電芯，使電池包適合機器人組裝，支持零鈷化學材料（如LFP），并實現循環式電池生命周期，使其可以被回收或在儲能系統中再利用。 半導體和軟件引領可持續交通之道 ADI公司先進的電氣化解決方案系列ADI Recharge為汽車價值鏈（含汽車/車隊所有者、OEM和一級供應商）提供顛覆性能力。ADI Recharge包括先進的電池技術、車載充電器、電源管理和隔離技術解決方案。這些解決方案的組合將電動汽車電池和動力系統轉變成車輛整體能力中一個技術先進的部分。其核心是ADI電池管理系統(BMS)，它是一個完整的系統級解決方案，不僅包括硬件，還包括軟件驅動和工具，支持無線軟件更新，并獲得了高標準的汽車網絡安全認證(ISO 21434 CAL-4)。ADI網絡協議充分支持有線和無線操作。該解決方案不僅使OEM能夠將電動汽車設計擴展到整個車隊，還為電芯帶來了安全的邊緣智能。它將電池包變成軟件定義的平臺，并將車輛變成安全互聯的邊緣節點。 
圖1.典型的多組件有線BMS網絡（左），以及由wBMS技術實現的更簡單的布置（右）。 穩健的電池洞察平臺 ADI公司正在幫助打造一個新的生態系統，其中的價值鏈可以利用實時電池數據洞察并部署創新解決方案，讓電池的全壽命價值和電動汽車的運行性能得到改善，為電動汽車/車隊所有者帶來更好的結果�；谖覀兙媒浛简�、業界先進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、嵌入式軟件和無線通信鏈路提供實時電池數據洞察，這對于開發適用于電池完整生命周期的新系統和服務至關重要。這些能力讓車輛/車隊所有者有機會從基于價值的定價結構中獲益，也讓制造商和供應商有機會改善可變成本并降低管理費用，同時實現更快的上市時間和更高的產線效率。這些創新還有助于為電動汽車與清潔能源電網實現更可靠的融合創造機會。 那么，ADI電池洞察平臺從頭到尾是什么樣子的呢？？ u 從數據源開始——電芯上的智能傳感器以無線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發動機控制單元(ECU)。ADI公司提供一個生產級軟件模塊，從中可以訪問洞察，并且平臺可以通過簡單的API重新配置。 u 仔細觀察洞察平臺的邊緣——連接到電芯的第一個也是至關重要的集成電路(IC)是ADI公司的第七代電芯監測傳感器�；贏DI先進的測量能力，該傳感器增加了新特性，可實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和健康狀況，這種精度在整個生命周期都有保證。這款傳感器的功耗只有前代產品的1/20，節省的部分能量可用于在邊緣處理有價值的洞察。最后，僅一個IC就能檢測高達100 V的電池堆或24個串聯電芯，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(SoC)，適用于快速充電和增程等應用。RF MCU的超穩健無線電和嵌入式網絡軟件將洞察傳輸到BMS ECU。每個RF MCU都包括一個符合ISO 21434 CAL-4標準的綜合安全子系統。一個關鍵特性是每個IC都有唯一的安全身份標識，利用此標識可以創建每個電池的洞察歷史。 u 中央處理(BMS ECU)——ADI算法會融合來自多個邊緣節點的已處理數據，產生電池包和車輛級洞察。 整個電池壽命周期內的系統價值 OEM正迅速將其車隊電氣化。下面我們討論一些促進持續價值交付的重要機會。 電動汽車自動化制造 ADI Recharge無需線束。這增強了OEM的機器人制造能力，使OEM能夠優化產線效率、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材料，包括低成本化學材料，而且它提高了電池包的模塊化程度，使得電動汽車生產可以靈活地擴展——從入門級到高檔都能生產。由于無線架構非常穩健，軟件和網絡升級可以減少電池材料需求。與有線網絡相比，無線網絡可以快速輕松地實現，大大縮短開發周期時間。ADI公司的第七代電芯監測傳感器還實現了架構級的效益節省——使用單個IC能夠檢測多達24個通道，從而降低耦合要求，并且EMC性能出色，無需電容等外部元件。
圖2.Sentinel wBMS系統 - 2021版 適用于電池包的數字孿生 軟件車輛的時代已經到來。ADI系統可為電池包提供高度準確的數字孿生服務。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。這有助于改進電池包設計和規劃，支持在開發階段獲得顯著更高的投資回報。 提高車輛可靠性 采用無線方案可以去除線束，從而不僅節省成本，還能消除車輛中潛在的故障源。隨著時間的推移，電線和連接器可能會退化或失效。此外，該平臺可在制造和車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，避免給最終客戶帶來嚴重的安全問題。 高標準網絡安全認證和電池護照 生態系統圍繞電池數據構建新系統和增值服務時，透明度、安全性和易部署性至關重要。ADI公司將這項技術作為交鑰匙解決方案引入大規模生產中，在各個層面都顧及到安全性。ADI公司的wBMS通過了高標準的汽車網絡安全認證(ISO 21434 CAL-4)。每個wBMS IC都包含一個安全身份標識——它是實現行業“電池護照”目標的重要組成部分。 改善電動汽車操作和性能 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實現更快的充電速度、更長的續航里程和更長的電池壽命，同時充分保證安全性。支持軟件更新的能力確保電池和動力系統性能得到持續改進。安全的無線功能還意味著可以方便地分析電池包的狀況。如果檢測到故障，無線配置可簡化拆卸和更換工作。 無縫過渡到電池梯次利用階段 電池包占電動汽車零售價格的30%以上（2023年），因此整個價值鏈都有促使積極培育梯次利用市場的經濟激勵因素。wBMS可準確跟蹤電池在其整個生命周期內的健康狀況，并確定電池包的轉售價值，從而確保買賣雙方能夠相互信任。這將使得電池可以作為資產來補償一些初始投資，并將其節省的價值間接轉移給車輛/車隊所有者。由于不存在線束，電池包可以更快速、更經濟地拆卸，進而順利實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。 電動交通與清潔能源電網的融合 電動汽車的激增導致對充電站的需求增加，并給電網帶來了額外的壓力，使其在時間和空間上都呈現出特有的動態變化。能量儲存和轉換與能量管理相結合，將把電動汽車變成一種重要且有價值的電網穩定工具。 ADI wBMS為電動汽車和儲能系統(ESS)提供的智能電池軟件和無線鏈路有助于協調清潔能源電網上的能量流，從而更高效、更順暢地管理供應與需求。實施動態充電費率可以優化充電時間安排并獲得更好的電價。 加速實現更加可持續的未來 展望未來，我們發現，電動汽車只是全球向可持續發展大規模轉變的開始。充電線兩端都需要先進的技術解決方案。電池數量將會不斷激增，而且使用不同化學材料的電池會越來越多，我們需要新的洞察來實現電池的循環利用。實現可持續的未來也意味著制定道德規范，而那些能夠避免使用沖突礦產的電池化學材料（如零鈷LFP）將在市場上繼續受到青睞。最終，利用我們在精密管理、控制和實時信號處理方面的創新，ADI給生態系統的每個節點邊緣都帶來智能方案，確保電氣化交通和潔凈電網可靠融合，實現更加可持續的未來。 關于作者 Patrick Morgan博士是ADI公司汽車和能源部副總裁兼總經理，同時還擔任模擬/混合信號IC、軟件和系統領域的負責人。Patrick在成功開發技術和發展汽車、消費電子和工業市場業務方面擁有超過27年的經驗。他之前曾在NXP和Freescale Semiconductor擔任副總裁和總經理，任職期間搭建和發展了先進駕駛輔助系統(ADAS)業務。在加入Freescale之前，他曾擔任Javelin Semiconductor（一家功率放大器初創公司）營銷和銷售部副總裁，在他的帶領下，該公司出貨量達到了5000萬臺，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無線產品的主要負責人之一，任職期間，該品牌移動手持設備的市場價值從零飆升到10億美元以上。Patrick擁有七項專利以及斯坦福大學電氣工程博士學位，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，并育有兩個孩子。 |
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