magyar elektronika

Hírlevél

Tájékozódjon legfrissebb cikkeinkről, híreinkről!

Valós email cím megadása kötelező

Invalid Input

Invalid Input

arrow lidA magas szintű költségelemzés – a tervezéstől és gyártástól az akkumulátor újrafelhasználásáig és a biztonsági védelemig – lehetőséget kínál az OEM-gyártók számára, hogy a wBMS felhasználásával növeljék a következő generációs elektromos járművek nyereségét.

 

 

Az elektromos járműipar (EV) fejlődése a vezeték nélküli akkumulátormenedzsment-rendszerek (wBMS – wireless battery management systems) irányába sok szempontból elkerülhetetlen volt. A vezeték nélküli BMS előnyei a vezetékes BMS-sel szemben kristálytiszta mindenki számára, aki már küzdött a vezetékes rendszerek bonyolultságával, BOM-költségével, helyigényével és munkaerőhiányával, függetlenül az alkalmazástól. A wBMS ezzel szemben ígéretesnek bizonyult, mivel általa megtakarítható a vezetékezés megoldás térfogatának akár 90%-a, valamint a következő generációs EV-k akkumulátorcsomagja térfogatának 15%-a. Ezt a kommunikációs kábelköteg és a csatlakozók kiiktatásával érik el, és helyettük egy intelligens, teljesen integrált elektronikával rendelkező akkumulátormodult használnak – amely az egyetlen szabadon lévő csatlakozó a +ve és -ve csatlakozó.
A wBMS-technológiával elérhető előnyök azonban csak a tervezésbe, validálásba és az ehhez szükséges gyártási infrastruktúrába történő hatalmas beruházási költségekkel valósíthatók meg. Ráadásul a vezeték nélküli rendszerek egyedi biztonsági és védelmi követelményei miatt az akkumulátorcsomag életciklusának minden szakaszában, a gyártástól az újrafelhasználásig, felülről lefelé történő újraértékelésre van szükség.

 

arrow 1

1. ábra Az AD első koncepciója az elektromos járművek vezeték nélküli akkumulátorkezelő rendszeréhez

 


Első pillantásra az erőfeszítés mértéke feloldhatatlannak tűnő akadályt gördít az OEM-ek elfogadásának útjába. Az Analog Devices és a General Motors már a technológia kezdetekor vállalta ezt a wBMS-be történő beruházást, előre látva a jelentős költségmegtakarítást, valamint a gyártás skálázhatóságát és hatékonyságát, amelyet a technológia általános – talán mindenütt elterjedő – kereskedelmi bevezetése jelenthet az elkövetkező években.
Az egyértelműség kedvéért, a wBMS-t gyors költségmegtakarítási lehetőségként szem előtt tartó OEM-gyártóknak már a kezdetektől fogva módosítaniuk kell elvárásaikat. Ahhoz, hogy a wBMS költségelőnyeit teljes mértékben kiaknázhassák, az OEM-gyártóknak először is az akkumulátorokat olyan eszközöknek kell tekinteniük, amelyeket az idő múlásával – a jármű fedélzetén töltött „első életükön” és a „második életükön” keresztül is – hatékonyan kell kezelniük, hogy a lehető legnagyobb megtérülést érjék el. A wBMS költségmegtakarításai csak ezután fognak egyértelműen és teljes mértékben megmutatkozni.
Az Analog Devices felkarolta a wBMS által támasztott számtalan tervezési kihívást, és kitartó munkával és egy teljes, skálázható wBMS-megoldás megvalósításával sikeresen teljesítette az OEM-nek a koncepciótól a bevezetésig történő támogatásához szükséges követelményeket. Ezáltal további tervezési és költséghatékonysági lehetőségeket azonosítottak, amelyek egyengetik az előttük álló utat azon OEM-gyártók számára, amelyek a wBMS-t egyértelmű követendő megoldásként ismerik fel. A korai OEM visszajelzések alapján a wBMS hosszú távon sokkal költséghatékonyabbnak és egyébként előnyösebbnek ígérkezik az EV-k ipari szintű bevezetése szempontjából.

 

A gyártási hatékonyság előnyei

A wBMS-technológia melletti elköteleződés azt jelenti, hogy újra kell gondolni az EV-gyár tervezésének módját. A gyártástól a termékig történő teljesen vezeték nélküli átállás előnyeit természetesen nehéz figyelmen kívül hagyni, ha az összes mozgó alkatrészt figyelembe vesszük. Megfigyelhető, hogy nagy különbség van a majdnem robotizált és a teljesen robotizált gyártás között. Egyszerűen fogalmazva, amint az emberek bekerülnek a nagy sebességű robotokkal benépesített gyári környezetbe, jelentős biztosítékokat is be kell vezetni a védelmükre, és ez természetszerűleg csökkenti a termelés hatékonyságát, amelyet egyébként teljes körű automatizálással lehetne elérni.
A vezeték nélküli kommunikáció használata a wBMS gyártás során az egész gyárban valóban megnyitja az utat az érintésmentes, teljesen robotizált EV akkumulátorcsomagok gyártása előtt. A wBMS előnyeinek járműszinten történő kihasználása mellett az OEM-gyártók tovább csökkenthetik CAPEX (beruházások)- és OPEX (működési kiadások)-költségeiket azáltal, hogy az értékes személyzetnek nem kell időt töltenie az akkumulátorcsomagok kábelkötegekhez való kézi csatlakoztatásával és/vagy a modulok és csatlakozások tesztelésével (és az ezzel a tevékenységgel járó folyamatos biztonsági képzéssel).

 

arrow 2

2. ábra Az érintés nélküli, teljesen automatikus gyártás erősen növekvő
tendencia az EV-iparban

 


Ebből a szempontból a wBMS lehetőséget biztosít a feltörekvő és a befutott OEM-gyártóknak egyaránt arra, hogy a hagyományos vezetékes gyártást megkerüljék a vezeték nélküli, teljesen robotizált gyártás javára. Ezáltal viszont olyan gyártási hatékonyságot és rugalmasságot érhetnek el, amely a lehető legjobban kihasználja korlátozott költségvetésüket, és így mozgékonyak és versenyképesek maradnak a már befutott, tőkeerős szereplőkkel szemben. A vezetékes akkumulátorcsomagok kábelkötegeinek manipulálásával kapcsolatos idő- és költségigényes feladatokra szánt robotika szükségességének megkerülésével a különböző méretű OEM-gyártók teljes mértékben kihasználhatják a nagy sebességű, nagy hatékonyságú robotizált gyártás ígéretét. Az Analog Devices úgy fejlesztette ki a wBMS-t, hogy a gyártás minden egyes lépésénél támogatható legyen az automatizálás, megkönnyítve az OEM-ek számára a wBMS-képes gyárra való áttérést.

 

Fokozott méretezhetőség és rugalmasság
a teljes életciklus során

A wBMS segítségével az OEM-ek és az akkumulátor-beszállítók szabadon tervezhetnek és gyárthatnak annyi akkumulátorcsomag-változatot, amennyit csak akarnak, anélkül, hogy valaha is kábelköteget terveznének. Egy közös wBMS-platformot használhatnak, amely szoftveresen konfigurálható az egyes járműmodellekhez, alacsonyabb általános fejlesztési költségek mellett. Ez továbbra is a wBMS értékteremtő javaslatának középpontjában áll. Az OEM-gyártók nagyobb rugalmasságot kapnak, hogy EV-flottáikat a járműkategóriák széles skáláján keresztül sorozatgyártásba tudják átültetni, hogy megfeleljenek a változó fogyasztói igényeknek. Azzal, hogy a General Motors az Ultium akkumulátorplatformjának alapjául szolgáló wBMS-t alkalmazza, a platformot a márkáin és járműszegmenseiben – a munkagépektől a teljesítményjárművekig – skálázni tudja. Tágabb értelemben a GM a wBMS technológiának tulajdonítja, hogy lehetővé teszi flottája szélesebb körű villamosítását.
De sokkal többet lehet tenni azért, hogy az akkumulátorok hasznos élettartama alatt csökkenjen a szén-dioxid-kibocsátás, miközben a kapcsolódó bevételi lehetőségek is bővülnek. Ez a „csökkentés, javítás és újrafelhasználás” stratégiával érhető el, amelynek révén a wBMS segíthet a költséges járművisszahívások minimalizálásában, a javítások racionalizálásában, és az akkumulátorok újrafelhasználásának népszerűsítésében, amely a selejtezés és újrahasznosítás előnyös alternatívája.
A wBMS jelentősen megkönnyíti a tartalékmodulok raktárkészletének fenntartását, és a jármű szervizelése során sokkal könnyebben cserélhetők ki/be az akkumulátorok. Nincs időveszteség vagy frusztráció a raktárkészlet nyomon követésével és felkutatásával, vagy azzal, hogy megpróbálja eltávolítani az akkumulátor kábelkötegét (anélkül, hogy eltörné) egy szervizelés során. A modulok egyszerűen be- és kiszkennelésre kerülnek, miközben végigvándorolnak az ellátási láncon, és végül a raktár polcáról a járműbe, olyan egyszerű telepítéssel, amelyet a hagyományos vezetékes BMS soha nem tudna elérni. Ez nem csak a szervizelésre van hatással az EV fejlesztési fázisában. Az akkucsomagok tervezőinek többé nem kell értékes időt és helyet szánniuk arra, hogy a kábelköteg eltávolításának és cseréjének módját figyelembe vegyék, ami gyorsabb tervezést és energiasűrűbb akkucsomagokat eredményez. A wBMS funkciói lehetővé teszik azt is, hogy az akkumulátorok mérjék és jelentsék saját teljesítményüket, növelve a hibák korai felismerését és segítve a költséges járművisszahívások elkerülését, miközben lehetővé teszik az akkumulátorcsomagok optimális összeszerelését. Az adatok az akkumulátorok teljes életciklusa során távolról is nyomon követhetők – az összeszereléstől a raktározáson és szállításon át a telepítésig és karbantartásig.
Azon OEM-gyártók számára, akik az akkumulátorcsomagok hasznos élettartamának – és bevételi potenciáljának – maximalizálásában érdekeltek, a wBMS sokkal hatékonyabbá teszi a másodlagos akkumulátorok újrahasznosítását. A kábelköteg nélkül az akkumulátorcsomagok sokkal könnyebben javíthatók és újrafelhasználhatók, így biztosítva a lehető leghosszabb élettartamot és összességében környezetbarátabb szénlábnyomot. Az OEM-gyártók könnyen továbbértékesíthetik használt akkumulátoraikat olyan alkalmazásokhoz, mint a nap- vagy szélenergia tárolása, amint azok elérnek egy meghatározott egészségi állapotot.
Az Analog Devices becslése szerint az OEM-ek ezt a csökkentési, javítási és újrafelhasználási stratégiát követve 7 tonna szén-dioxid-kibocsátást tudnak kiküszöbölni egy-egy akkumulátorcsomag esetében, ha azt javítják és nem újrahasznosítják. Ami a költségmegtakarítást illeti, az OEM-ek jellemzően mintegy 1000 dollárt fordítanak minden egyes EV akkumulátorcsomagjának újrahasznosítására – ez meghaladhatja az eredeti jármű eladásából származó nyereséget, így az OEM-ek számára üzleti szempontból észszerű, hogy a lehető leggyorsabban továbbértékesítsék használt EV-akkumulátoraikat, hogy a lehető legtöbbet hozzák ki belőlük.

 

arrow 3

3. ábra A csomagok könnyebben javíthatók, újrafelhasználhatók és újrahasznosíthatók

 

 

Eszközbiztonság és tervezési siker

Az EV-akkumulátorok életciklusának további meghosszabbodásával egyre inkább szükségessé válik a szigorú biztonsági protokollok fenntartása, amelyek minden egyes wBMS-modult kísérnek a gyártástól a szervizelésen át a leszerelésig. Az OEM-gyártóknak mindenkor fenn kell tartaniuk az akkumulátormodulok integritását, különben azt kockáztatják, hogy a modul értéke a második életciklusban történő újrafelhasználás során semmissé válik, ha annak biztonságos állapota nem ellenőrizhető függetlenül.
A wBMS-modulok úgy tervezhetők, hogy lényegében önmagukat hitelesítsék, az akkumulátorcsomagok pedig úgy tervezhetők, hogy automatikusan visszautasítsák a „rossz” modulokat. Ez azt is megkönnyíti, hogy csak eredeti pótalkatrészek kerülhessenek az akkumulátorcsomagba, amelyeket jóváhagyott szervizek szerelnek be, ha erre garanciát vállalnak.
Ezeknek az intézkedéseknek a megvalósítása itt is költséges lehet és/vagy komoly akadályt jelenthet az OEM-gyártók számára, akik megpróbálják kihasználni a wBMS teljes körű előnyeit. Az OEM-gyártók számára nehezen elfogadható, hogy egy új kommunikációs platformhoz teljesen új biztonsági architektúrát kell tervezni, amely az akkumulátor vagy a modul teljes életciklusára kiterjed.
Az Analog Devices jelentős, folyamatos befektetései a wBMS és a megbízható modulkövetési képességek terén megszabadítják az OEM-gyártókat a biztonságos helyszínek ellátási láncukban történő megvalósításának jelentős idő- és költségigényétől és/vagy az olyan rendszerek felügyeletétől, amelyek nem élvezik a nyilvános kulcsalapú tanúsítványrendszerek kényelmét. Az OEM-gyártóknak nem lesz szükségük arra, hogy egy kiváló kiberbiztonsági szakemberekből álló, elkötelezett (és drága!) csapatot vegyenek fel, ha ezt a nehéz munkát már előre elvégzik helyettük, és az ADI segíthet az OEM-gyártóknak abban, hogy minimális CAPEX-ráfordítással már az induláskor megfeleljenek ezeknek a szigorú biztonsági követelményeknek.
Ez megerősíti egy olyan átfogó tervezési stratégia szükségességét, amely segít az OEM-eknek maximalizálni a wBMS-technológiába történő beruházásaik teljes értékét anélkül, hogy attól kellene tartaniuk, hogy bármelyik hibás lépés felboríthatja a tervezett teljes költségmegtakarítást. Az ADI fejlett akkumulátorcsomag-szimulációs technológiája nagyban hozzájárulhat ahhoz, hogy az OEM-gyártók sikeres tervezést érjenek el azáltal, hogy a wBMS-rendszer teljesítményét a csomag szimulált „digitális ikertestvérének” alapos értékelésével előre jelzik – még jóval a CAD-tervezés megkezdése előtt.
Ez segít a wBMS számára kifejlesztett OEM akkumulátorcsomagok kényelmes tervezési mozgásterének kialakításában, miközben megerősíti a wBMS interoperabilitását a környező alkatrész-ökoszisztémával. Ez egy kritikus pont, amelyet nem lehet figyelmen kívül hagyni: a wBMS-t úgy kell megtervezni, hogy valóban robusztus legyen, hogy a fejlesztés szempontjából valóban alacsony költségű legyen. Az „elég jó” wBMS-tervek itt-ott megtakaríthatnak némi rendszerköltséget, de ezeket az előzetes megtakarításokat teljesen kiolthatják a kapcsolódó fejlesztési költségek, amelyek akkor merülhetnek fel, amikor a rendszer hiányosságai a későbbi tervezési szakaszokban kezdenek felszínre kerülni. Egy jól felépített, rugalmas wBMS-tervezéssel elkerülhetők a költségtúllépések és a frusztrációk, amelyek az egyes járműmodellekhez igazított egyes akkumulátorcsomagok finomhangolásával kapcsolatosak, így az OEM-gyártók akkumulátorcsomag-platformjainak nagyobb általános skálázhatósága érhető el.

 

A wBMS fényes jövője

Ha figyelembe vesszük az egyszerűsített gyártási folyamatokat és a CAPEX/OPEX-kiadások csökkenését a hagyományos vezetékes BMS-hez képest, az OEM-ek visszajelzései a wBMS-technológia érlelődéséről azt sugallják, hogy a lehetséges elérhető költségmegtakarítás akár 250 dollár is lehet személyautónként. Ha figyelembe vesszük az ezzel járó jármű/akkumulátor szerviz- és készletfelügyeleti hatékonyságot – és az általános nyereség növelésének további lehetőségét a második életciklusú akkumulátorcsomagok visszanyerése és újrahasznosítása révén –, akkor könnyű elképzelni a wBMS technológia jövedelmező és fenntartható jövőjét a következő generációs EV-k tervezésében.

 

arrow 4

4. ábra A világ első wBMS termelési rendszerének fel­építése.
Az Analog Devices által biztosított cellacsomag-felügyeleti hardver
és termelési hálózati, biztonsági és védelmi szoftver

 


A GM az első a sok OEM-gyártó közül, amely a wBMS-t alkalmazza, és feltűnő, hogy a wBMS előnyeit éppen egy nagyon nagy SUV-ban mutatta be, egy olyan járműkategóriában, amely talán leginkább a túlméretezett környezeti lábnyomáról emlékezetes. Ha a GMC Hummerből a zöld közlekedés tisztán elektromos meghajtású példaképe lesz, akkor a szemünk előtt omlanak le az utolsó akadályok is, amelyek az elektromos járművek elterjedése előtt állnak, és a wBMS technológia kulcsszerepet fog játszani ebben az átalakulásban.

 

 

A szerzőről

Shane O’Mahony az Analog Devicesnél a wBMS termékmarketing vezetője. Shane 12 éven át nagy teljesítményű RF rádiórendszerek-chip vezetőjeként dolgozott. Ebben a szerepkörben Shane OEM-ekkel és Tier 1 gyártókkal működött együtt, hogy a vezeték nélküli akkumulátorkezelés rendszerszintű és fenntarthatósági előnyeit kihasználja. A shane.omahony@analog.com címen érhető el.

 

 

 

További műszaki és kereskedelmi információkat az Analog Devices hivatalos hazai forgalmazójától, az Arrow Electronics Hungary-től kaphatnak.

 

Szerző: Shane O’Mahony – Elektromobilitás – marketing menedzser

 

Arrow Electronics Hungary
1138 Budapest, Váci út 140.
Bihari Tamás,
Senior Field Application Engineer

E-mail: tbihari@arroweurope.com
Tel.: +36 30 748 0457
www.arrow.com