通过电动汽车无线电池管理增加下一代电动汽车利润的机会

作者：Shane O’ Mahony 

从设计和制造到电池再利用和安全保护的高级成本分析揭示了原始设备制造商利用wBMS增加下一代电动汽车利润的机会。

电动汽车（EV）行业向无线电池管理系统（wBMS）的演变在许多方面是不可避免的。无线与有线 BMS 的优势对于任何努力解决有线系统固有的复杂性、BOM 成本、空间和劳动力损失的人来说都是非常清楚的，无论应用如何。

相比之下，wBMS有望为下一代电动汽车节省高达90%的布线和高达15%的电池组体积。这是通过消除通信线束和连接器来实现的，而是利用具有完全集成电子设备的智能电池模块——唯一暴露的连接器是 +ve 和 –ve 端子。

但是，wBMS技术所能实现的好处只能通过对设计、验证和制造基础设施的大量投资来实现。此外，无线系统特有的安防和安全要求在电池组生命周期的每个阶段（从制造到再利用）进行自上而下的重新评估。

乍一看，这项工作的规模对OEM的采用构成了看似不可能的障碍。ADI公司和通用汽车在wBMS技术诞生之初就承担了这项投资，预计未来几年，其主流（也许无处不在）商业采用将显著节省成本，并提高制造可扩展性和效率。

需要明确的是，将wBMS视为快速节省成本的机会的OEM厂商应该从一开始就重新设定他们的期望。为了充分释放wBMS的成本效益，OEM必须首先将电池组视为随着时间的推移进行有效管理的资产 - 通过车辆上的“第一次生命”，再到“第二次生命” - 以实现尽可能高的投资回报。只有这样，wBMS的成本节约才能清晰而全面地体现出来。

ADI公司接受了wBMS带来的无数设计挑战，通过对完整、可扩展的wBMS解决方案的辛勤工作和投资，我们成功地满足了支持OEM从概念到发布所需的要求。通过这样做，我们确定了额外的设计和成本机会 效率将为将wBMS视为明确前进道路的OEM铺平道路。根据早期的OEM反馈，从长远来看，wBMS预计将更具成本效益，并且在全行业范围内实施电动汽车方面具有优势。

制造效率优势

致力于wBMS技术就是重新构想电动汽车工厂的设计方式。但是，从生产到产品完全无线化的优点变得很难忽略何时考虑所有移动部件（有些字面意思）。

据观察，几乎机器人制造和全机器人制造之间存在很大差异。简而言之，一旦人类被引入工厂充满高速机器人的地板环境，还必须采取重要的保护措施来保护它们，这本质上会降低产量 效率可以通过完全端到端自动化来实现。

在整个工厂车间使用无线通信进行wBMS生产真正为非接触式、全机器人电动汽车电池组制造打开了大门。除了在车辆层面利用wBMS的优势外，OEM还可以通过消除宝贵的人员花费时间手动将电池组连接到线束和/或测试模块和连接（通过此活动所需的持续安全培训）来进一步降低其资本支出和运营支出。

wBMS的这一方面为新兴和成熟的OEM提供了绕过传统有线生产的机会，转而支持全无线，全机器人制造。反过来，他们能够实现制造效率和灵活性，充分利用有限的预算，保持灵活性，并与财力雄厚的老牌企业竞争。通过绕过对专门用于操纵有线电池组线束的时间和成本密集型任务的机器人的需求，各种规模的原始设备制造商都可以实现高速、高效机器人生产的全部承诺。ADI公司开发了wBMS，以便在生产的每个步骤中都支持自动化，使OEM更容易过渡到支持wBMS的工厂。

在整个生命周期中增强可扩展性和灵活性

借助wBMS，OEM和电池供应商可以自由地设计和生产任意数量的电池组变体，而无需设计线束。他们可以利用通用的wBMS平台，该平台可针对单个车型进行软件配置，同时降低总体开发成本。这仍然是wBMS价值主张的核心：OEM获得了更大的灵活性，可以将其电动汽车车队扩展到各种车辆类别的批量生产，以满足不断变化的消费者需求。通过采用wBMS来支持其突破性的Ultium电池平台，通用汽车可以在其品牌和车辆领域扩展该平台，从工作卡车到高性能车辆。更广泛地说，通用汽车认为wBMS技术使其车队实现了更广泛的电气化。

但是，在降低电池组在其可用寿命内的碳足迹，同时扩大相关的收入潜力方面，还有很多工作要做。这 通过“减少、维修和再利用”策略实现，wBMS可以帮助减少昂贵的车辆召回，简化维修，并促进电池再利用。 报废和回收的首选替代方案。

wBMS使维护备用模块库存变得相当容易，并且在车辆维修期间更容易更换电池组。跟踪和定位库存或在服务呼叫期间尝试卸下电池线束（不损坏电池线束）不会浪费时间或感到沮丧。模块在供应链中迁移时只需扫描进出，最后从库存货架到车辆，安装简便性是传统有线BMS无法比拟的。这不仅仅影响电动汽车开发阶段的服务。包装设计师不再需要花费宝贵的时间和空间来适应线束的拆卸和更换方式，从而实现更快的设计和更高的能量密度包装。

wBMS功能还可以使电池能够测量和报告自己的性能，增加早期故障检测，并有助于避免代价高昂的车辆召回。 同时实现优化的电池组组装。数据可以在整个电池寿命周期（从组装到仓库和运输，再到安装和维护）中远程监控。

对于有兴趣最大化其电池组的使用寿命和收入潜力的原始设备制造商来说，wBMS使二次电池的再利用更加多。有效。减去线束，电池组更容易维修和重复使用，以确保尽可能长的使用寿命和更环保的碳 整体足迹。一旦达到确定的健康状况，原始设备制造商就可以随时转售他们的废旧电池，用于太阳能或风能存储等应用。

ADI公司估计，采用这种减少、维修和再利用策略的OEM如果对电池组进行维修而不回收，可以减少7吨碳排放。在成本节约方面，原始设备制造商通常会指定大约 1000 美元来回收每辆电动汽车的电池组——这可能超过原始设备制造商在原始车辆销售中获得的利润，因此 OEM 探索尽快转售其二手电动汽车电池的方法具有良好的商业意义，以便从中获得最大价值。

图3.包装更易于维修、重复使用和回收。

设备安全和设计成功

随着电动汽车电池组的生命周期进一步延长，在从制造到维修再到退役的过程中，越来越需要为每个wBMS模块提供严格的安全协议。OEM 必须始终保持电池模块的完整性，否则如果无法独立验证模块的安全状态，则有可能否定模块在二次使用应用中重复使用的价值。

这对车辆的维修保养方便性也具有重要意义。wBMS模块可以设计为基本上自我验证，电池组可以设计为自动拒绝“坏”模块。这也使得更容易确保只有原装备件进入电池组，由经批准的服务代理在保修的情况下安装。

同样，实施这些措施可能成本过高和/或被视为OEM试图利用wBMS全部优势的主要障碍。这 为跨越电池或模块整个生命周期的新通信平台设计全新的安全架构的前景对OEM来说很难接受。

ADI在wBMS和安全模块跟踪功能方面的重大持续投资使OEM无需花费大量时间和费用来实现安全供应链和/或保姆系统中无法从基于公钥的证书方案的便利中受益的位置。如果OEM已经预先完成了这项艰苦的工作，则无需聘请一支敬业（且昂贵！）的顶级网络安全专家团队，ADI可以帮助OEM以最少的资本支出满足这些严格的安全要求。

这凸显了对全面设计策略的需求，以帮助OEM最大化其在wBMS技术方面的投资的全部价值，而无需担心。任何一个失误都可能颠覆预计的总体成本节约。ADI先进的电池组仿真技术早在CAD绘图阶段开始之前，就通过对电池组仿真的“数字孪生”进行全面评估来预测wBMS系统性能，从而帮助OEM厂商实现一次性成功设计。

这将有助于为为wBMS开发的OEM电池组建立舒适的设计裕度，同时有助于确认wBMS与周围组件生态系统的互操作性。这是一个不容忽视的关键点：wBMS必须设计得非常健壮，以便从开发的角度来看真正低成本。

稍微“足够好”的wBMS设计可能会在这里和那里节省一些系统成本，但这些前期节省可能会被相关的开发完全抵消。随着系统缺陷可能产生的成本在后期设计阶段开始浮出水面。架构良好、灵活的 wBMS 设计可以避免与调整单个车型的单个电池组相关的成本超支和挫败感，从而为 OEM 的电池组平台提供更大的整体可扩展性。

图4.世界上第一个wBMS生产系统的架构。ADI公司提供的电池组监测硬件和生产网络、安全和安保软件。

wBMS的光明未来

在考虑与传统有线 BMS 相比简化的制造流程和降低的资本支出/运营支出时，OEM 对成熟的 wBMS 技术的反馈 表明每辆乘用车可能节省高达 250 美元的成本。考虑到随之而来的车辆/电池服务和库存监控效率，以及通过二次电池组回收和再利用增加整体利润的额外机会，很容易设想wBMS技术在下一代电动汽车设计中的盈利和可持续未来。

通用汽车是众多采用wBMS的原始设备制造商中第一家，令人惊讶的是，它选择在所有车辆中首次展示wBMS的优势 - 在所有车辆中 - 非常大的SUV，这一车辆类别可能因其巨大的环境足迹而被人们铭记。如果GMC悍马能够转变为绿色交通的全电动典型，那么主流电动汽车采用的最后障碍肯定会在我们眼前崩溃，而wBMS技术将在这种转变中发挥关键作用。