Industria mondială a automobilelor adoptă vehiculul electric (VE) ca fiind calea viitorului, cu un număr tot mai mare de modele noi care “devin electrice”. Producătorii de vehicule de înaltă performanță se alătură, de asemenea, acestei tendințe, renunțând la motorul cu combustie internă, pentru a se îndrepta spre electrificare.
Avantajele oferite de tehnologia EV sunt nenumărate, inclusiv o accelerație mai rapidă, o putere mai mare și un cuplu maxim mai mare încă de la început.* Având în vedere numărul minim de piese în mișcare, motoarele electrice sunt extrem de fiabile, nu necesită prea multă întreținere și oferă un control foarte precis al tracțiunii și al stabilității. Eficiența este, totodată, mai mare, datorită reducerii fricțiunii și căldurii produse, precum și a necesității de răcire. Toate valorile de măsurare pentru vehiculele electrice sunt mai bune, cu excepția greutății bateriei.
Analog Devices, Inc. (ADI) a dezvoltat un sistem wireless de management al bateriei (wBMS – wireless Battery Management System) – o tehnologie revoluționară – cu scopul de a reduce greutatea bateriei pentru vehicule electrice prin eliminarea cablajului bateriei și a celor asociate, sporind în același timp fiabilitatea bateriei.
“Industriile din întreaga lume se orientează către noi tehnologii care protejează sănătatea planetei. Vehiculele electrice, precum și stimularea pentru energie curată, devin rapid parte din viața noastră de zi cu zi. Suntem onorați să colaborăm cu Lotus pentru a livra BMS-ul nostru inovator produs aici, la ADI, pentru gama lor de vehicule emblematice.” Patrick Morgan (Corporate VP, Automotive Electrification and Sustainable Energy | Analog Devices)
Pentru a-și materializa viziunea sa privind un vehicul ușor și un viitor complet electric, Lotus (Lotus Cars), un lider legendar al vehiculelor de înaltă performanță, a adoptat wBMS-ul de la ADI pentru noua sa linie de mașini EV de serie, care urmează să fie livrate în următorii cinci ani. Împreună, ADI și Lotus au creat o soluție integrată care schimbă regulile jocului pentru industria vehiculelor electrice: o nouă arhitectură ultraușoară a grupului motopropulsor și un sistem de management al bateriei fără fir (wBMS) pentru o mai mare flexibilitate în proiectare, scalabilitate și reparabilitate. Dezvoltat pentru a propulsa în condiții de siguranță viitoarele EV-uri ale Lotus, triumful ingineriei va contribui la crearea unui mediu mai sustenabil și a unei planete mai sănătoase.
* Specificații țintă bazate pe simulări
Privire de ansamblu
COMPANIA: Născută din filozofia “Formă prin funcție”, Lotus Cars oferă minuni inginerești elegante, care inspiră următoarea generație de șoferi. Angajată să ofere un viitor sustenabil, cu vehicule complet electrice, compania Lotus face parte din Geely Auto Group – grupul de producători auto cu cea mai rapidă creștere din lume.
APLICAȚII: Integrarea primului BMS wireless din lume în noua sa arhitectură ușoară care vizează toate viitoarele mașini electrice de serie. Valorificarea soluției complete de hardware, software și securitate wBMS pentru a maximiza serviciile de întreținere și mentenanță, prelungind în același timp durata de viață a bateriei și păstrând valoarea vehiculului.
PROVOCĂRI: Depășirea limitelor de proiectare și tehnologie pentru a integra un BMS wireless flexibil și scalabil în linia sa de vehicule electrice, reducând greutatea și complexitatea, sporind, în același timp, densitatea bateriei și reparabilitatea.
OBIECTIV: Să colaboreze cu parteneri din avangarda tehnologiei pentru a rezolva cele mai exigente provocări de proiectare și inginerie și să dezvolte o viitoare linie de vehicule electrice rutiere ușoare și de înaltă performanță, asigurând în același timp siguranța, îmbunătățind fiabilitatea și oferind o experiență de conducere dinamică.
wBMS: un sistem complet integrat
wBMS de la ADI este alcătuit din 40 de componente hardware. Sistemul complet este legat împreună cu un software la cheie, o rețea ultra-robustă și sigură de la un capăt la altul și un software complet de monitorizare a celulelor de baterie, inclusiv aplicații și siguranță.
Printre componente se numără ADBMS6815, care măsoară cu precizie starea de încărcare a celulelor și a pachetului de baterii; LT8618, un regulator compact cu comutație, monolitic, sincron, coborâtor de mare viteză și eficiență ridicată, pentru managementul energiei; și ADRF8800, care asigură o conectivitate wireless robustă și fiabilă.
“Cele mai recente produse wBMS pe care le-am lansat susțin, în plus, reciclarea și reutilizarea bateriilor în sistemele de stocare a energiei pentru a sprijini economia circulară. Ofertele competitorilor noștri ar putea include hardware, dar nu și un software care să lege totul. Datorită soluției wBMS de la ADI, clientul nu trebuie să scrie niciun software, ceea ce îi permite să se concentreze asupra altor aspecte ale proiectării vehiculelor.” Roger Keen, General Manager, E-Mobility | Analog Devices.
O evaluare rapidă
“Cât de repede puteți să puneți în funcțiune aplicația și să o testați pe rețeaua wireless a wBMS? Aceasta este prima întrebare pe care o adresează clienții” a menționat Shane O’Mahony, Product Marketing Engineer, Automotive Technology Group, ADI. “Dacă pentru acest lucru sunt necesare luni de zile, pur și simplu, clienții vor renunța. Noi am depășit acest obstacol”
Kitul de evaluare wBMS de la ADI îi ajută pe clienți să se familiarizeze rapid – chiar de la început. Este un wBMS complet, de la un capăt la altul, incluzând mai multe plăci, software și securitate cibernetică. “Dacă ar trebui să construiți un sistem din componentele tuturor, ar dura luni de zile doar pentru a pune în funcțiune un prototip” a continuat Shane O’Mahony.
Lotus: În căutarea reducerii greutății, a reparabilității și a flexibilității
Timp de peste 70 de ani, Lotus a transformat lumea șoselelor și a curselor. Constructorul auto a dorit să profite de tehnologia revoluționară wBMS a ADI și să rămână în fruntea vehiculelor de înaltă performanță și un lider în mișcarea spre electrificare.
În 2020, în timpul pandemiei din întreaga lume, Lotus a contactat inginerii de la ADI cu privire la viitoarea sa linie de vehicule electrice de serie. Compania și-a dorit o colaborare, adoptând sistemul wireless de management al bateriei de la ADI în noile sale mașini de șosea ușoare și de înaltă performanță. ADI a primit sarcina de a realiza nu doar un wBMS ușor, ci și o integrare perfectă care să se armonizeze cu modul de operare fundamental al liderului de înaltă performanță, bazat pe reparabilitate si flexibilitate.
Au urmat discuții axate pe arhitectura ușoară a grupului motopropulsor EV de la Lotus și pe modul în care wBMS de la ADI ar putea contribui la simplificarea designului și a complexității și ar putea rezulta într-o reducere suplimentară a greutății.
Wireless BMS (wBMS) este un veritabil deschizător de drumuri pentru industria auto, eliminând necesitatea de a utiliza cablajul bateriei, precum și o mulțime de conectori și cabluri asociate cu BMS-ul standard cu fir. Wireless BMS de la Analog Devices reduce cablarea pachetului de baterii cu până la 90% și scade volumul acestuia cu până la 15%. Eliminarea cablurilor reduce greutatea vehiculului și costurile materialelor, cu avantajul suplimentar al creșterii siguranței, fiabilității și reparabilității bateriei. “Eliminarea setului de cabluri în cazul wBMS permite companiei Lotus să ofere performanțe ridicate, în concordanță cu marca lor, oferind o soluție ușoară care optimizează randamentul” a declarat Roger Keen.
Colaborarea
Experții tehnici de la ADI au colaborat cu inginerii de proiectare de la Lotus pentru a integra wBMS în noua arhitectură a grupului motopropulsor al producătorului de vehicule electrice, denumită LEVA (Lightweight Electric Vehicle Architecture).
“Am colaborat îndeaproape cu Analog Devices pentru a integra wBMS în noua noastră arhitectură LEVA a grupului motopropulsor, care va sta la baza tuturor viitoarelor vehicule electrice ale Lotus” a declarat Richard Lively, Director of Propulsion and Chassis Engineering at Lotus. “Eliminarea cablajului datorită sistemului wBMS permite ca Lotus să ofere o soluție ușoară care optimizează performanța și este în concordanță cu brandul nostru de a produce mașini puternice și performante cu o manevrabilitate excepțională.”
Flexibilitatea proiectării a fost esențială pentru asigurarea succesului. ADI a îndeplinit cu brio cerința Lotus. wBMS a permis o proiectare mai rapidă, mai ușoară și mai simplă a restructurării bateriilor, permițând o asamblare optimizată a pachetului de baterii și un proces de fabricație simplificat. Natura wireless a sistemului de management al bateriei a oferit companiei Lotus versatilitatea de proiectare pentru a scala mai eficient viitoarele modele EV.
Colaborarea la fața locului între Lotus și echipele de ingineri proiectanți de la ADI a fost limitată din cauza restricțiilor COVID. Refuzând să rămână cu mâinile încrucișate, Lotus și ADI au derulat angajamentul folosind teleconferințe, software de colaborare avansat și videoclipuri explicative despre fiecare etapă.
Arhitectura flexibilă LEVA
LEVA (Lightweight Electric Vehicle Architecture) oferă flexibilitate în proiectare și libertatea de a face modificări.
Arhitectura LEVA a grupului motopropulsor de la Lotus a fost proiectată pentru vehicule de înaltă performanță cu motor amplasat în partea centrală a mașinii (mid-engine). Cea mai mare parte a greutății vehiculului este concentrată în mijlocul celor patru osii, îmbunătățind distribuția greutății, stabilitatea și manevrabilitatea. Printre alte avantaje ale acestui design se numără siguranța sporită și uzura redusă. Lotus va folosi arhitectura flexibilă LEVA și pentru alte proiecte de vehicule, precum și pentru viitoarele modele de serie.
Vehiculele ușoare devin cei mai grei concurenți!
Ingineria inovatoare și tehnologiile revoluționare permit companiei Lotus să realizeze performanțe remarcabile prin greutate redusă. Micșorarea masei mașinii este cel mai eficient mijloc de a obține o conexiune reală între șofer, mașină și drum. “Principalul obiectiv al Lotus în timpul angajamentului cu ADI a fost eliminarea cablurilor și menținerea unei greutăți reduse, păstrând, în același timp, performanța optimă a sistemului BMS” a declarat Shane O’Mahony.
Eliminarea setului de cabluri aferent pachetului de baterii electrice scade greutatea vehiculului, deoarece se elimină cablurile și conectorii. De asemenea, eliminarea acestor cabluri îmbunătățește fiabilitatea, deoarece cablurile și conectorii asociați sunt, evident, puncte de defecțiune pentru sistem.
Un avantaj suplimentar – o unitate de baterii fără cabluri este mai potrivită pentru flexibilitate și scalabilitate în proiectare.
“ Greutatea distruge mașinile sport de înaltă performanță.” Shane O’Mahony (Product Marketing Engineer, Automotive Technology Group | Analog Devices)
Flexibilitate și libertate în proiectare
Cum se proiectează pachetul de baterii după ce ați optimizat întreaga arhitectură a vehiculului pentru performanțe ridicate?
Flexibilitatea în restructurarea bateriilor este esențială, în special pentru inginerul care proiectează silueta în continuă schimbare a vehiculelor electrice aerodinamice. wBMS nu numai că a oferit companiei Lotus o cale rapidă și ușoară de a dezvolta versatilitatea, scalabilitatea și optimizarea – a oferit mijloacele de a monta mai multe baterii în același pachet și posibilitatea de a crea un nou design de vehicul prin golul lăsat de îndepărtarea setului de cabluri. Mai multe baterii în grupul motopropulsor, în circumstanțe adecvate, se traduce prin creșterea performanței energetice și extinderea autonomiei vehiculului.
“Inginerii de la Lotus sunt acum liberi să proiecteze mașina așa cum cred ei că este potrivit, mai degrabă decât să proiecteze mașina cât mai bine posibil având în vedere constrângerile impuse de setul de cabluri pentru baterii” a spus Roger Keen.
Creșterea gradului de monitorizare și a securității, reducând în același timp complexitatea
Ar fi un coșmar dacă fiecare dintre sutele de celule dintr-un pachet de baterii ar avea câte un cablu atașat la bornele sale pozitive și negative. În consecință, sistemele de management al bateriilor conectate prin cablu (care utilizează un număr limitat de cabluri pentru celule) sunt incapabile să monitorizeze fiecare celulă. Starea de sănătate a celulelor nu mai poate fi măsurată – putând fi dedusă doar prin verificarea stării de încărcare a bateriei în ansamblu. Celulele cu încărcare redusă sau celulele moarte scapă detecției.
Într-un BMS wireless, un grup de celule ale bateriei trimite un semnal wireless, expediind date securizate către cloud pentru a fi stocate în siguranță. Cu ajutorul unui laptop, un tehnician Lotus sau un mecanic local poate detalia și vedea informații extinse, inclusiv starea de încărcare și de sănătate a fiecărui grup de celule din pachetul de baterii. Producătorii de echipamente originale, care operează de la sediul central, pot actualiza ușor și rapid software-ul bateriei. wBMS oferă inginerilor Lotus flexibilitate fără a crește complexitatea și securitate cibernetică la nivel de cloud.
Nu este necesară intervenția umană
Cu un BMS tradițional cu fir, este necesar un spațiu deschis între modulele bateriei pentru ca personalul uman să poată atașa numeroase cabluri și conectori. Modulele BMS wireless au doar două terminale, astfel încât modulele pot fi grupate mai strâns, ceea ce crește densitatea și reduce dimensiunea. Terminalele pot fi conectate cu ușurință cu ajutorul unor instrumente robotice subțiri.
Asamblarea robotizată se traduce printr-un pachet de baterii mai dens. Asamblarea și dezasamblarea bateriilor (pentru a fi utilizate, ulterior, în alte aplicații) prin intermediul roboților este rapidă, sigură și precisă, economisind atât timp, cât și bani pentru producătorii de vehicule electrice, așa cum este Lotus.
“BMS wireless permite măsurarea stării de sănătate și asamblarea și dezasamblarea robotizată a pachetelor de baterii pentru a se asigura că celulele insuficient încărcate pot fi identificate și îndepărtate, iar pachetul poate fi reparat eficient.” Gina Aquilano, Director of Technology, Automotive | Analog Devices
Reparabilitatea: Mergând mai departe, într-o a doua viață
După ani de utilizare, atunci când bateriile wireless își pierd din capacitate și nu mai sunt potrivite pentru performanța energetică optimă cerută de un vehicul electric, acestea pot fi reutilizate cu ușurință, pentru a fi utilizate în aplicații curate și sustenabile, cum ar fi sistemele de stocare a energiei mai puțin solicitante și rețelele electrice din întreaga lume. Bateriile EV “uzate” au potențialul de a îndeplini promisiunea unui viitor electrificat prin stocarea excesului de energie solară și eoliană.
“Este un model de afaceri nesustenabil să înlocuiești întregul pachet de baterii de fiecare dată când o singură celulă sau un grup de celule își pierd prematur capacitatea” afirmă Richard Lively, Director of Propulsion and Chassis Engineering, Lotus Cars. “wBMS de la ADI permite o soluție rapidă, ușoară și rentabilă pentru cerința noastră de reparabilitate.”
Lotus nu stabilește un termen de înjumătățire pentru niciunul dintre vehiculele sale – multe dintre acestea se află încă pe șosele, după 25 sau 30 de ani de utilizare, ceea ce creează o dilemă pentru producător. O mașină cu o perioadă de înjumătățire practic inexistentă presupune să o păstrezi în funcțiune “pentru totdeauna”, menținând în același timp bateriile la performanțe optime pe toată durata de viață a vehiculului.
Cu wBMS, întreținerea este mai ușoară și mai rapidă atât pentru vehiculele rutiere, cât și pentru cele de pe piste, deoarece modulele de baterii au doar două borne (pozitivă și negativă) și sunt programabile prin software pentru actualizări rapide și comode transmise pe calea aerului. Controlerul de celule “trăiește” alături de modulul de baterie pe toată durata de viață, ca o singură unitate ce poate fi întreținută, ceea ce sporește modelul de service simplificat.
Modelul de afaceri pentru reparații este departe de a fi nou. Este o piatră de temelie esențială în aproape toate industriile din ziua de azi, de la locuințe la aparate electrocasnice și până la restaurarea dentară. De asemenea, repararea bateriilor EV va genera o oportunitate de afaceri semnificativă pentru mecanicii locali, distribuitorii de piese de schimb și producătorii de echipamente originale. Impactul său asupra unui mediu durabil este vast.
“Nu există un alt competitor BMS care să ofere aceleași capabilități pentru repararea bateriei ca Analog Devices. Reparabilitatea va contribui la diferențierea companiei Lotus față de alți producători de vehicule electrice și va economisi până la șase tone de carbon în mediul înconjurător” spune Shane O’Mahony. “Și asigură proprietarilor de vehicule Lotus plăcerea de a conduce mașini de înaltă performanță timp de zeci de ani.”
wBMS prelungește durata de viață utilă a pachetului de baterii, permițând identificarea anomaliilor din celule pentru o înlocuire ușoară și rapidă, economisind timp și costuri.
Un viitor sustenabil și cea mai captivantă călătorie
Conștienți de orientarea consumatorilor către o lume mai ecologică și dedicați să ofere produse cu o durată de viață lungă și performanțe ridicate, ADI și Lotus au vizat în colaborarea lor ușurința, reparabilitatea și sustenabilitatea.
Efortul inovator de inginerie a oferit o amprentă mai mică, un volum redus al cablajelor și al pachetelor de baterii și un singur sistem flexibil (pe mai multe modele), ceea ce face ca acesta să fie mai ușor de scalat, mai rapid și mai sigur de asamblat și dezasamblat. O baterie reparabilă deschide numeroase oportunități de afaceri pentru industrie și producătorii de echipamente originale, aducându-ne în același timp mai aproape de o planetă mai curată și mai sănătoasă.
Inovația curajoasă și gândirea radicală înregistrează un alt salt revoluționar în următorul capitol palpitant al poveștii Lotus.
Vizitați https://ez.analog.com
