【導(dǎo)讀】隨著電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)的不斷發(fā)展和改進(jìn)，我們很容易想象未來(lái)世界的交通：無(wú)論是私家車(chē)和SUV，還是卡車(chē)行業(yè)，都靠電池運(yùn)行。碳排放量將大大減少。但這僅僅是開(kāi)始。電動(dòng)汽車(chē)(EV)的舊電池如果加以再利用，將有望以更深刻的方式改變世界——把小型離網(wǎng)電源帶到世界的偏遠(yuǎn)地區(qū)，這些地區(qū)的醫(yī)療、教育和經(jīng)濟(jì)發(fā)展取決于能否獲得廉價(jià)的再生能源。
雖然美好未來(lái)的基礎(chǔ)工作已在奠定之中，但電池制造商仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)——從降低電動(dòng)汽車(chē)電池的高成本（使電動(dòng)汽車(chē)能與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)），到制造可再利用和可回收的電池（這樣當(dāng)電池不再能用于電動(dòng)汽車(chē)時(shí)，還能在其他用途上創(chuàng)造價(jià)值）。
那么，如何才能讓基于電池動(dòng)力的未來(lái)成為現(xiàn)實(shí)呢？答案不僅取決于消費(fèi)者、決策者和電力公司的支持，還取決于能否建立合適的合作伙伴關(guān)系并進(jìn)行正確的投資。
引領(lǐng)變革
電動(dòng)汽車(chē)的潛力令人振奮，尤其是在環(huán)境影響方面。越來(lái)越多的企業(yè)將可持續(xù)發(fā)展作為重中之重。研究表明，注重生態(tài)的做法可以轉(zhuǎn)化為銷(xiāo)售的增長(zhǎng)。電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域也是如此。2017年，全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量突破100萬(wàn)輛大關(guān)，緊接著在2018年，銷(xiāo)量突破200萬(wàn)輛大關(guān)（210萬(wàn)輛），增長(zhǎng)了65%。但在2019年，受全球汽車(chē)銷(xiāo)量整體下滑的影響，銷(xiāo)量?jī)H增長(zhǎng)9%（為230萬(wàn)輛）。盡管如此，預(yù)計(jì)到2030年，電動(dòng)汽車(chē)的需求將增長(zhǎng)十倍。全球幾乎每個(gè)地區(qū)都推出了更新的電動(dòng)汽車(chē)普及激勵(lì)措施，且所有大型OEM都在著手實(shí)現(xiàn)車(chē)系的電氣化。全球都在加大對(duì)電氣化的投入。
但是，電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)仍然存在一個(gè)價(jià)格比較問(wèn)題。預(yù)計(jì)到2030年，電動(dòng)汽車(chē)電池的成本將持續(xù)下降，但占電動(dòng)汽車(chē)成本三分之一以上的電池成本仍然是電動(dòng)汽車(chē)實(shí)現(xiàn)與汽油動(dòng)力汽車(chē)價(jià)格持平的主要障礙之一。
一種潛在的解決方案是采用高度精確且安全的電池管理系統(tǒng)(BMS)，該系統(tǒng)可幫助汽車(chē)制造商和零件制造商彌合當(dāng)今的高成本電池與明天的更便宜電池之間的差距。
ADI公司汽車(chē)業(yè)務(wù)副總裁兼總經(jīng)理Patrick Morgan表示：“從消費(fèi)者角度看，存在幾個(gè)重大問(wèn)題。更大的電池可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的行駛距離。問(wèn)題是這會(huì)增加成本和重量。為了解決該問(wèn)題，我們的方法是為電池管理系統(tǒng)制造極其高效且精確的電子器件，讓汽車(chē)可以從任何特定電池包中獲取最多可用能量。”
對(duì)于已經(jīng)開(kāi)始重資進(jìn)行電氣化的卡車(chē)等行業(yè)，這種效率更為關(guān)鍵。McKinsey的一項(xiàng)研究表明，如果電池能夠滿足需求，那么到2030年，多達(dá)20%的中型卡車(chē)將是電動(dòng)卡車(chē)。加州大學(xué)伯克利分校交通可持續(xù)發(fā)展研究中心聯(lián)席負(fù)責(zé)人Susan Shaheen表示：“電動(dòng)車(chē)輛可能需要額外的停工時(shí)間以便充電，這會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)績(jī)效產(chǎn)生不利影響，因?yàn)殡妱?dòng)車(chē)輛處于無(wú)收入狀態(tài)的時(shí)間要長(zhǎng)于汽油驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛。”
圖1. 2030年電動(dòng)汽車(chē)在整體汽車(chē)銷(xiāo)量中的占比預(yù)計(jì)將達(dá)到約20%至25%
效率始于精整階段
電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)和電池制造與管理方面的最新創(chuàng)新可能會(huì)徹底改變商業(yè)和消費(fèi)場(chǎng)景。電池的生產(chǎn)和精整階段——電池化成和測(cè)試——對(duì)于確保產(chǎn)線效率至關(guān)重要。電池化成的全部目的就是確保所制造的電池單元在整個(gè)生命周期中擁有最大容量和最高可靠性。對(duì)于電池制造商和儀器供應(yīng)商而言，提高電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)的規(guī)模和效率是把握電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)機(jī)遇的關(guān)鍵。
“我們銷(xiāo)售的產(chǎn)品觸及電池整個(gè)生命周期的各個(gè)階段——從化成到運(yùn)行，再到梯次利用。在化成過(guò)程中，我們的產(chǎn)品控制著生長(zhǎng)電池單元的精密設(shè)備。電池單元誕生的這一階段對(duì)于確定可用壽命至關(guān)重要。”Morgan解釋說(shuō)。
改善電池工作條件
與油箱等單個(gè)儲(chǔ)能元件不同，電動(dòng)汽車(chē)的電池組由數(shù)百或數(shù)千個(gè)協(xié)同工作的電芯組成。當(dāng)電源流入或流出電池組時(shí)，必須以有保證的精度對(duì)電池進(jìn)行精密管理，以確保即使在最?lèi)毫拥臈l件下，包括極端溫度和帶有電磁噪聲的環(huán)境中，電池也能在車(chē)輛的整個(gè)生命周期內(nèi)提供較大的可用容量。除此之外，為了確保安全性，電子產(chǎn)品必須從一開(kāi)始就精心設(shè)計(jì)，以完全符合全球所有嚴(yán)格且不斷演變的安全標(biāo)準(zhǔn)要求。這些標(biāo)準(zhǔn)并不僅限于ASIL-D標(biāo)準(zhǔn)，還需要開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的電池功能性架構(gòu)。
由此出發(fā)，ADI公司的電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池管理系統(tǒng)不斷測(cè)量每個(gè)電池單元的電壓，這不僅對(duì)電池續(xù)航能力和性能有利，而且還能保證較大安全性。高度準(zhǔn)確的充電狀態(tài)測(cè)量使汽車(chē)制造商和零件制造商能夠安全地輸出最大功率。Morgan表示：“我們的產(chǎn)品可保證在汽車(chē)的整個(gè)生命周期中提供極高的精度，讓電池較大程度地快速安全充電和放電，并讓每次充電可實(shí)現(xiàn)的車(chē)輛續(xù)航里程較大化。”
更好的電池
改善電池續(xù)航里程和性能是全面采用電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵所在。更智能、更精確的電池管理系統(tǒng)已經(jīng)在幫助汽車(chē)制造商和零件制造商讓電池支持更長(zhǎng)行駛里程。
圖2. 電動(dòng)汽車(chē)電池的續(xù)航里程增加
隨著B(niǎo)MS性能不斷提高，電池將能更好地支持電動(dòng)汽車(chē)行駛里程的延長(zhǎng)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)的傳感器。
無(wú)線束設(shè)計(jì)消解系統(tǒng)復(fù)雜性
新的無(wú)線電池管理系統(tǒng)給行業(yè)帶來(lái)顛覆性的變化。ADI公司最近開(kāi)發(fā)的無(wú)線電池管理系統(tǒng)(WBMS)以有線BMS的現(xiàn)有組件為基礎(chǔ)構(gòu)建，無(wú)需再使用線束將電芯連接在一起，可以節(jié)省工程設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)成本，并消除相關(guān)的機(jī)械性挑戰(zhàn)和線束帶來(lái)的復(fù)雜性。它還使得電池包設(shè)計(jì)具有高度模塊化和可伸縮特性，因此可以反復(fù)用在不同車(chē)型的設(shè)計(jì)中。此外，由于每個(gè)電池模塊都是無(wú)線的，因此可以在從電池化成開(kāi)始，到存儲(chǔ)和組裝，再到在汽車(chē)中使用這整個(gè)過(guò)程中收集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)電池狀態(tài)計(jì)算，給出電池組的剩余電量。此舉降低了電池的成本，且使電池梯次利用（或二手利用）更加有效，例如用在儲(chǔ)能、回收或其他應(yīng)用中，從而降低制造商和車(chē)主的總成本，并限制對(duì)環(huán)境的影響。
換車(chē)：電池梯次利用
電動(dòng)汽車(chē)的廣泛采用將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生重大影響。根據(jù)ADI公司的數(shù)據(jù)，在2019年，裝備了該公司BMS技術(shù)的車(chē)輛因?yàn)椴捎昧顺茈姵匦阅軠y(cè)量且行駛時(shí)不需要內(nèi)燃機(jī)，每年減少了約7500萬(wàn)噸二氧化碳排放，這相當(dāng)于8000萬(wàn)英畝成熟森林的碳吸收能力。
不過(guò)，電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)還有更多利好：電池梯次利用。電動(dòng)汽車(chē)的電池只要在整個(gè)生命周期中管理得當(dāng)，則耗損并不意味著報(bào)廢。拆下電動(dòng)汽車(chē)電池以在儲(chǔ)能解決方案中再利用，可能是向離網(wǎng)社區(qū)供電的一個(gè)關(guān)鍵因素。考慮到9.4億人（占世界人口的13%）沒(méi)有電力供應(yīng)，還有30億人（占世界人口的40%）沒(méi)有清潔的烹飪?nèi)剂希浑y想象對(duì)微型和離網(wǎng)電源解決方案的需求是多么巨大1。
經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的電力供應(yīng)將帶來(lái)許多改變生活的多米諾骨牌效應(yīng)。消除不安全烹飪?nèi)剂系氖褂每筛纳剖覂?nèi)空氣質(zhì)量，從而改善健康狀況。電力可以為照明設(shè)備供電，讓孩子們?cè)谔旌诤罂梢詫W(xué)習(xí)。供應(yīng)清潔水和凈化廢水的設(shè)備也能運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)接入進(jìn)行數(shù)字通信成為可能。因此，電池梯次利用有可能激發(fā)人們?cè)?jīng)認(rèn)為無(wú)法實(shí)現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展收益。
這使得ADI公司給電池管理系統(tǒng)帶來(lái)的精度成為汽車(chē)制造商的一個(gè)更重要考慮因素，而二次應(yīng)用的所有者（例如儲(chǔ)能系統(tǒng)制造商）將從ADI公司的無(wú)線技術(shù)中受益匪淺。該技術(shù)不僅支持OEM，還能幫助創(chuàng)造圍繞電池回收的全新行業(yè)和商業(yè)模式。“我們才剛剛開(kāi)始看到無(wú)線帶給車(chē)輛供應(yīng)鏈的好處。”Morgan解釋說(shuō)。
圖3. ADI公司的無(wú)線技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)
常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)的智慧
二十年前，ADI公司首次面向汽車(chē)市場(chǎng)推出了精密功率和其他測(cè)量解決方案。總裁兼首席執(zhí)行官Vincent Roche并未遺忘過(guò)去，數(shù)十年在常規(guī)內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛領(lǐng)域創(chuàng)建功能的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)公司成功開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)起著重要作用。Roche表示：“我們將硅解決方案與日益復(fù)雜的數(shù)學(xué)相結(jié)合，以便能夠理解現(xiàn)實(shí)世界，包括電池管理系統(tǒng)，其變化之深刻每隔幾年就會(huì)增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)。”
1資料來(lái)源：網(wǎng)址：Ritchie, H. Roser, M. Access to Energy, ourworldindata.org, 2020年3月7日訪問(wèn)。
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