【導讀】特斯拉對電池“超級工廠”的巨額投資
，以及大眾汽車計劃到2030年在歐洲建設6座專用電池生產廠，均表明電池已成為汽車行業最具戰略意義的組成部分。

汽車製造商努力降低電池在汽車整個生命周期中的尺寸
、zhonglianghechengbenyingxiang，bingyanchangdianchizhichidexuhanglicheng，zhejiangduitamendeshichangfenehejingzhenglichanshengjudayingxiang。suizheyuelaiyueduodejiudiandongqichedadaoshiyongshouming，qichezhizaoshangshenzhijiangzhengduocongbaofeicheliangzhonghuishoudesuoweiercidianchiyanshengdejiazhi。

可ke是shi關guan於yu電dian池chi發fa展zhan的de新xin聞wen往wang往wang強qiang調tiao對dui新xin材cai料liao的de研yan究jiu
，有you時shi甚shen至zhi是shi非fei常chang奇qi特te的de材cai料liao
，人ren們men希xi望wang這zhe些xie材cai料liao可ke比bi當dang下xia的de鋰li技ji術shu儲chu存cun更geng多duo電dian荷he。而er對dui於yu電dian池chi管guan理li係xi統tong(BMS)，即監視電池的充電狀態(SOC)和健康狀態(SOH)部分
，卻往往得不到關注。事實上，由ADI公司開發並由通用汽車在其模塊化Ultium電池中率先采用的新型無線電池管理係統(wBMS)技術，有望為汽車製造商帶來新的貫穿電池整個生命周期的競爭優勢——從電池模組首次組裝開始到在電動汽車中運行，再到處置，甚至進入電池的梯次利用。

繼通用汽車發布Hummer EV（眾多配備wBMS車型中的第一款）之後，ADI開展了一係列生產計劃，展示了基於無線技術如何實現電動汽車電池的設計、生產

、維修和處置的轉型。

與電池中有線連接相關的成本、空間、重量和設計問題

ADI開發wBMS技術的靈感來自於對常規電動汽車電池包中通信布線缺陷的分析。該分析借鑒了ADI的專業知識：ADI提供市場上準確度非常高的常規BMS，而在無線通信領域，ADI是5G無線電技術的領先企業之一。它還為工業環境開發了非常強大的Mesh網絡技術。

在常規電動汽車電池中，通過布線來支持電池包中每個電池單元與電子控製單元(ECU)之間的通信
，ECU調節電池的運行以確保其為車輛提供電力。

電池內部的這種通信需求反映了大型電池包的複雜架構：它(ta)由(you)模(mo)組(zu)組(zu)成(cheng)，每(mei)個(ge)模(mo)組(zu)包(bao)含(han)多(duo)個(ge)電(dian)池(chi)單(dan)元(yuan)。自(zi)然(ran)生(sheng)產(chan)差(cha)異(yi)意(yi)味(wei)著(zhe)在(zai)額(e)定(ding)容(rong)差(cha)範(fan)圍(wei)內(nei)，每(mei)個(ge)電(dian)池(chi)單(dan)元(yuan)都(dou)有(you)自(zi)己(ji)的(de)特(te)性(xing)。為(wei)了(le)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)提(ti)高(gao)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)、壽命和性能，需要監視電池運行的關鍵參數——電壓、充電/放電電流和溫度，並且每個模組都需要單獨記錄。這是BMS中單元監控單元的工作。

但是，每個電池的數據隻有在到達BMS的ECU後才會有用，ECU控製每個模組的電池供電和取電方式
，並維護電池的安全功能。

因此，電動汽車電池需要通過某種途徑將數據從每個模組（測量電壓、電流和溫度的地方）傳輸到ECU的處理器（參見圖1）。傳統上
，這些連接是通過電線進行的：有線連接的優點是大家熟知且易於理解。

圖1.典型的複雜、多組件有線BMS網絡（左），以及由ADI公司wBMS技術實現的更簡單布置（右）

但其缺點也非常多：銅tong線xian束shu很hen重zhong，占zhan用yong的de空kong間jian如ru果guo由you電dian池chi填tian充chong的de話hua，則ze會hui提ti供gong更geng大da的de電dian能neng容rong量liang。此ci外wai，連lian接jie器qi可ke能neng會hui出chu現xian機ji械xie故gu障zhang。換huan言yan之zhi，電dian線xian增zeng加jia了le開kai發fa工gong作zuo
、zhizaochengbenhezhongliang，tongshiyejiangdilejixiekekaoxinghekeyongkongjian，daozhixingshilichengjianshao。runengbaituoxianshu，qichezhizaoshangyehuihuodexindelinghuoxinglaishejidianchibaodewaixingchicun，yishiyingcheliangdeshejiyaoqiu。

電池線束的複雜性還使電池包的組裝變得困難且昂貴：bixushoudongzhuangpeiyouxiandianchibaobingjinxingduanjie。zheshiyigegaochengbenqieweixiandeguocheng

，yinweidiandongqichedegaoyadianchimozushichongdiande。weileweihuzhuangpeiguochengdeanquanbingbaohushengchanxiangongren，xushishiyangedeanquanguicheng。

ADI模塊化且可擴展的wBMS係統平台提供的優勢是：OEM可以將電池包組裝完全自動化。取消（信號）線束後，電池模組唯一需要的連接是電源端子
，這可以由機器人在自動化過程中輕鬆完成。通過消除體力勞動，OEM還能消除裝配線工人的安全風險（參見圖2）。

圖 2. wBMS技術消除了信號線束，從而支持完整電池包的自動化機器人生產

在通用汽車實施wBMS技術的過程中，Ultium模組的可擴展架構也有助於降低通用汽車的電池包成本。雖然Ultium電池於2021年首次亮相
，但此類模組將部署在通用汽車的所有車型中
，不僅用於重型車輛，還用於所有公路汽車——從高性能和高檔汽車到小型車輛。正如通用汽車全球電氣化和電池係統執行董事Kent Helfrich在2020年9月的新聞公告中提到
，“可擴展性和降低複雜性是我們Ultium電池的主題——無線管理係統是這種驚人靈活性的關鍵推動力”。

因此，汽車製造商有很多充分的理由在新的電動汽車電池係統中用穩健的無線技術取代BMS電線。但是，ADI公司wBMS技術的優勢不僅僅局限於在特許經銷商前廳出售的新車。

●    維修——安an全quan的de無wu線xian功gong能neng意yi味wei著zhe電dian池chi包bao的de狀zhuang況kuang可ke以yi通tong過guo授shou權quan修xiu理li廠chang中zhong的de診zhen斷duan設she備bei方fang便bian地di分fen析xi，而er無wu需xu接jie觸chu電dian池chi包bao。如ru果guo檢jian測ce到dao故gu障zhang，有you故gu障zhang的de模mo組zu可ke以yi輕qing鬆song移yi除chu和he更geng換huan。無wu線xian配pei置zhi簡jian化hua了le電dian池chi係xi統tong中zhong新xin模mo組zu的de安an裝zhuang。

●    處置——dianchibaoneikehuishoujinshuheqianzaiweixiancailiaodechuzhianpaixuyaopizhunhejianguan。jiandandelianjiehetongxinxianshuquxiao

，shidedianchimozudechaixiebiyouxiandianchigengrongyiqiegengkuaisu。

●    梯次利用——未來電動汽車電池的壽命可能會超過車輛本身的壽命：特斯拉總裁埃隆·馬斯克估計
，電池在完全失效之前的典型壽命相當於“100萬英裏”。因(yin)此(ci)
，從(cong)報(bao)廢(fei)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)中(zhong)回(hui)收(shou)電(dian)池(chi)並(bing)重(zhong)新(xin)用(yong)於(yu)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)儲(chu)存(cun)係(xi)統(tong)和(he)電(dian)動(dong)工(gong)具(ju)等(deng)應(ying)用(yong)的(de)二(er)次(ci)電(dian)池(chi)市(shi)場(chang)正(zheng)在(zai)興(xing)起(qi)。這(zhe)為(wei)負(fu)責(ze)回(hui)收(shou)或(huo)處(chu)置(zhi)報(bao)廢(fei)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)中(zhong)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)動(dong)車(che)企(qi)創(chuang)造(zao)了(le)新(xin)價(jia)值(zhi)來(lai)源(yuan)。

wBMS技術支持輕鬆讀取每個智能模組的關鍵電池數據
，這意味著可以單獨確定每個電池的狀況。例如
，該數據可以提供關於一個模組的SOC和SOH的(de)信(xin)息(xi)。結(jie)合(he)模(mo)組(zu)最(zui)初(chu)生(sheng)產(chan)時(shi)的(de)數(shu)據(ju)，二(er)次(ci)電(dian)池(chi)模(mo)組(zu)將(jiang)能(neng)在(zai)下(xia)一(yi)應(ying)用(yong)中(zhong)得(de)到(dao)優(you)化(hua)使(shi)用(yong)，每(mei)個(ge)模(mo)組(zu)在(zai)銷(xiao)售(shou)時(shi)都(dou)有(you)一(yi)套(tao)詳(xiang)細(xi)的(de)規(gui)格(ge)可(ke)供(gong)查(zha)閱(yue)。數(shu)據(ju)的(de)現(xian)成(cheng)可(ke)用(yong)性(xing)增(zeng)加(jia)了(le)模(mo)組(zu)的(de)轉(zhuan)售(shou)價(jia)值(zhi)。

用於電池數據采集的完整無線係統

wBMS技術利用了ADI的兩項長期優勢積累：傳感測量和射頻通信。wBMS技術是一種完整的解決方案
，汽車製造商很容易將其集成到電池包設計中。它為每個電池模組提供一個無線電池監視控製器(wCMC)單元，並通過無線管理器單元控製通信網絡。通信網絡將多個電池模組無線連接到ECU。

除無線部分外，每個wCMC單元還包括一個一流的電池管理係統，它能對各種電池參數進行高精度測量，以便應用處理器分析電池的SOC和SOH。

穩健的通信架構

ADI在wBMS係統中實施的無線網絡協議以汽車行業對可靠性和安全性的要求為核心。與Bluetooth®或Wi-Fi網絡等麵向消費電子的無線技術不同，wBMS解決方案基於全網時間同步技術，致力於在所有工作條件下實現可靠和安全通信，這是汽車應用所要求的。

wBMS在通用汽車量產電動汽車中的使用
，證明了其在最惡劣環境中的可靠性：基於wBMS的電池已在100多(duo)輛(liang)公(gong)路(lu)和(he)越(yue)野(ye)測(ce)試(shi)車(che)輛(liang)中(zhong)運(yun)行(xing)了(le)數(shu)十(shi)萬(wan)公(gong)裏(li)
，涵(han)蓋(gai)從(cong)沙(sha)漠(mo)到(dao)寒(han)冷(leng)北(bei)方(fang)的(de)各(ge)種(zhong)環(huan)境(jing)以(yi)及(ji)最(zui)惡(e)劣(lie)的(de)條(tiao)件(jian)。經(jing)受(shou)考(kao)驗(yan)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)成(cheng)功(gong)通(tong)過(guo)所(suo)有(you)OEM安全性和穩健性認證
，使wBMS將很快應用於各種乘用車。

ADI還通過了wBMS來支持汽車製造商的ISO 26262功(gong)能(neng)安(an)全(quan)標(biao)準(zhun)合(he)規(gui)計(ji)劃(hua)。無(wu)線(xian)電(dian)技(ji)術(shu)和(he)網(wang)絡(luo)協(xie)議(yi)以(yi)特(te)別(bie)方(fang)式(shi)開(kai)發(fa)，使(shi)得(de)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)很(hen)好(hao)地(di)應(ying)對(dui)嘈(cao)雜(za)的(de)環(huan)境(jing)
，並(bing)利(li)用(yong)複(fu)雜(za)的(de)加(jia)密(mi)技(ji)術(shu)在(zai)監(jian)控(kong)單(dan)元(yuan)和(he)管(guan)理(li)器(qi)之(zhi)間(jian)提(ti)供(gong)安(an)全(quan)通(tong)信(xin)。安(an)全(quan)措(cuo)施(shi)避(bi)免(mian)了(le)罪(zui)犯(fan)或(huo)黑(hei)客(ke)等(deng)非(fei)預(yu)期(qi)接(jie)收(shou)者(zhe)對(dui)無(wu)線(xian)網(wang)絡(luo)上(shang)傳(chuan)輸(shu)的(de)數(shu)據(ju)的(de)欺(qi)騙(pian)。此(ci)外(wai)，接(jie)收(shou)到(dao)的(de)內(nei)容(rong)與(yu)所(suo)發(fa)送(song)的(de)數(shu)據(ju)完(wan)全(quan)一(yi)致(zhi)，中(zhong)間(jian)無(wu)法(fa)修(xiu)改(gai)，預(yu)期(qi)接(jie)收(shou)者(zhe)能(neng)夠(gou)確(que)切(qie)地(di)知(zhi)道(dao)哪(na)個(ge)源(yuan)發(fa)送(song)了(le)消(xiao)息(xi)。

電池價值的生命周期管理

在整個電池包的生命周期中，從初始組裝到處置再到梯次利用，電池包中嵌入的wBMS功能可確保車輛製造商及其所有者能夠輕鬆跟蹤電池狀況，保持性能和安全，並使其價值最大化。整個係統——包括電池模組的電池監控單元和ECU之間的交互——都由ADI技術把控，配置設置由製造商定義。

wBMS技術還得到了ADI電池生命周期洞察服務(BLIS)技術的支持，從而可以通過基於邊緣和雲的軟件來支持可追溯性、生產優化、儲存運輸中的監控
、早期故障檢測和延壽。

wBMS和BLIS技術共同使汽車製造商能夠在電池包開發和生產方麵的投資獲得更高回報，提高其電動汽車業務戰略的經濟性，幫助加速市場向低碳、可持續的個人出行未來轉變。

關於ADI公司

ADI是全球領先的高性能模擬技術公司，致力於解決最艱巨的工程設計挑戰。憑借傑出的檢測
、測量、電源、連接和解譯技術，搭建連接現實世界和數字世界的智能化橋梁，從而幫助客戶重新認識周圍的世界。詳情請瀏覽ADI官網www.analog.com/cn。

關於作者

Norbert Bieler是一名電氣工程師，專注於微電子，先後在Siemens VDO、Continental Automotive和ADI公司工作，擁有25年的汽車管理綜合經驗。Norbert的專長在於車輛係統
、架構和功能，以及用於內飾、底盤和動力係統的電子設備。在過去15年中，他一直專注於整個車輛傳動係統的混合動力和電氣化。他領導業務開發和戰略，以及為汽車製造商
、一級供應商和戰略合作夥伴網絡定義新技術和創新的電動汽車項目的開發。

Paul Hartanto-Doeser是一名電氣工程師，在低功耗射頻
、無線通信和微電子領域擁有20年的經驗。他曾在汽車門禁係統、半導體測試係統和無線傳感器網絡等不同應用領域擔任多種工程職務。自2021年以來，他側重於車輛電氣化專用的合格技術。他熱衷於與客戶合作，利用尖端技術構建創新係統。

作者：ADI電動業務開發總監Norbert Bieler和ADI電動係統技術專家Paul Hartanto-Doeser

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