טכנולוגיית חישמול מתקדמת דוחפת תחבורה בת קיימה

הקדמה

תיק המוצרים הכולל פתרונות חישמול של חברת Analog Devices (ADI) – ADI Recharge^TM – מגדיר מחדש איך הניידות החשמלית והמערכת האקולוגית של אנרגיה בת קיימה יכולות ליצור ולספק ערך רב יותר למי שבבעלותו רכב חשמלי (EV), על ידי כך שהן מאפשרות פעולה טובה יותר של הרכב החשמלי ומשך חיים ארוך יותר של המצבר, ובסופו של דבר, משפרות את העלות הכוללת הכרוכה בבעלות על רכב חשמלי. ADI פועלת בשיתוף פעולה עם יצרני ציוד מקור (OEM), Tier-1s, יצרני מצברים, חברות של תשתיות אנרגיה ובעלי עניין אחרים, כדי ליצור מערכת אקולוגית שמספקת תובנות, שלא הייתה אפשרית קודם, מתוך נתוני המצבר ברכב החשמלי.

כלי רכב חשמליים בעלייה

השילוב של מדיניות ממשלתית עם פנים לעתיד עם חידושים טכנולוגיים ומחויבות של תעשיית הרכב לקיימות, מהווה כוח עצום בתהליך ההאצה של אימוץ כלי רכב חשמליים (EV) המתרחש בשוק. עם זאת, רבים עדיין לא יכולים להרשות לעצמם כלי רכב חשמליים, שעה שעבור אחרים הערך הנתפס שלהם עדיין לא ברור. מדיניות כלכלית של ממשלות יכולה לתמוך באג’נדה של EV עד נקודה מסוימת. אך מעבר לכך, מי שצריך להוביל בדרך לשבירת המחסומים שנותרו בתהליך אימוץ EV, הם החדשנות המשבשת בטכנולוגית חישמול בתחום תחבורה ורשתות אנרגיה והשירותים העסקיים.

לחברות טכנולוגיה יש תפקיד חשוב. גורם משמעותי שמשפר את היכולת הפיננסית הוא חבילות מצברים ומערכות הנעה נצילות יותר וחכמות יותר. מערכות אלו חייבות להיות בטיחותיות, מאובטחות ועמידות, כדי לספק למשתמש ביצועים ברמה גבוהה לכל חיי הרכב. טכנולוגיה מתקדמת נדרשת כדי לייצר את תאי המצבר הטובים ביותר, לאפשר מארזי מצברים למכלולים רובוטיים, לתמוך בכימיה ללא קובלט, כגון LFP (ליתיום ברזל פוספט) ולאפשר מחזור חיים מעגלי של מצברים, למיחזור או לשימוש חוזר במערכות אחסון אנרגיה.

מוליכים למחצה ותוכנה מובילים את הדרך לתחבורה בת קיימה

תיק המוצרים הכולל פתרונות חישמול של ADI, ADI Recharge^TM, דוחף את שרשרת ערך הרכב – הכוללת בעלים של רכב או צי רכב, יצרנים של ציוד מקור (OEM) ו- Tier 1s – עם יכולות משבשות. התיקADI Recharge^TM, כולל פתרונות מובילים לטכנולוגיית מצברים, מטענים מובנים, ניהול הספקים, טכנולוגיית בידוד ועוד, אשר יחד משנים את המצבר ברכב חשמלי ומערכות ההנעה והופכים אותם לחלק מתקדם מבחינה טכנולוגית של יכולת הרכב הכוללת. במרכז נמצאת מערכת ניהול מצברים (BMS) של ADI – פתרון שלם ברמת מערכת, שכולל לא רק חומרה, אלא גם דרייברים בתוכנה וכלי תוכנה – מערכת שתומכת בעדכוני תוכנה מרחוק, מעדכנת ומשיגה את האיכות הגבוהה ביותר של אבטחת רכב בסייבר (תקן ISO 21434 CAL-4). הפעלה קווית והפעלה אלחוטית נתמכות במלואן עם פרוטוקול הרישות של ADI. פתרון זה לא רק מאפשר לייצרני ציוד מקור לשדרג את תכנוני EV לצי הרכב שלהם, אלא הוא גם מביא בינה מאובטחת ברמה הגבוהה ביותר אל תאי המצבר. הוא משנה את חבילת המצבר לפלטפורמה מוגדרת בתוכנה, ואת הרכב לצומת קצה מחוברת ומאובטחת.

איור 1: רשת BMS אופיינית, קווית, רבת רכיבים (משמאל) לעומת ארגון פשוט יותר שהתאפשר על ידי הטכנולוגיה wBMS (מימין)

פלטפורמה עמידה שמספקת תובנות על מצבר

ADI עוזרת ליצור מערכת אקולוגית חדשה במקום שבו שרשרת הערך יכולה למנף תובנות על נתוני מצבר, בזמן אמת, ולפרוש פתרונות חדשניים שיניעו תוצאות טובות יותר לבעלים של כלי רכב או צי רכב חשמליים, על ידי שיפור ערך זמן החיים של המצבר והביצועים התפעוליים של EV. כשהיא מסתמכת על יכולותיה המובילות בתעשייה, המוכחות, לחישת ניטור תאים בדיוק גבוה, הפתרונות של ADI מספקים תובנות על נתוני מצברים בזמן אמת, שמנצלים בינה מאובטחת ברמה גבוהה, תוכנה מובנית וקישורים לתקשורת אלחוטית, שהם קריטיים לפרישה של מערכות, ומספקים שירותים חדשים למחזור החיים הכולל של המצבר. יכולות אלו מציעות לבעלי רכב או לבעלים של צי רכב הזדמנויות להפיק תועלת ממבנה התמחור על בסיס ערך, ולייצרנים ולספקים יכולת לאבטח בצורה טובה יותר עלויות משתנות בעזרת עלויות תקורה מופחתות, תוך כדי קבלת זמן יציאה לשוק טוב יותר ויעילות רבה יותר בקו הייצור. חידושים אלו עוזרים גם ליצור הזדמנויות להתכנסות אמינה יותר של תחבורה חשמלית עם רשת אנרגיה נקייה.

אם כן, איך נראית הפלטפורמה של ADI, שמספקת תובנות על המצבר מקצה לקצה?

• נתחיל במקור הנתונים – חיישנים חכמים שנמצאים ממש בתאי המצבר אוספים נתונים באופן אלחוטי, ומובילים אותם לפלטפורמת ניהול מרכזית, שמעבירה את התובנות המעובדות ליחידת בקרת מנוע (ECU) במערכת BMS. חברת ADI מספקת בלוק תוכנה ברמת הייצור, שממנו אפשר לגשת לתובנות אלו ופלטפורמה שאותה אפשר להגדיר בקונפיגורציה, דרך ממשקי API פשוטים.
• מבט מקרוב על פלטפורמת התובנות – המעגל המשולב (IC) הראשון והקריטי ביותר שמחובר לתאים, הוא חיישן ניטור תאים דור 7 של ADI. חיישן זה, שמסתמך על יכולת המדידה המובילה של ADI, מוסיף תכונות חדשות שמאפשרות לקבל תובנות פורצות דרך על נתונים. הוא יכול לבצע ניתוח מדויק של מצב הטעינה ותקינות המצבר במשך כל מחזור חיי המצבר. צריכת ההספק של חיישן זה קטנה פי 20 מזו של קודמו, וחלק מאנרגיה זו שנחסכה אפשר לנצל לעיבוד התובנות האלו. לסיכום, מעגל משולב אחד מתאים לחישת מערום של עד 100 וולט או סדרה של 24 תאים, והופך בכך להיות חיישן מצברים משולב שפועל בנצילות הספק גבוהה.
• יחידת מיקרו בקר מאובטחת לת”ר (RF-MCU) – התוכנה המובנית של המעגל המשולב מבקרת את פעולת החיישן ומעבדת את הנתונים להזנת אלגוריתמי התובנות של ADI. בתובנות אלו אפשר להשתמש ליישומים כגון טעינה מהירה וטווח מוגדל, על ידי הערכה מדויקת יותר של מצב הטעינה (SoC). תוכנת הרשת המובנית העמידה במיוחד לת”ר של היחידה RF MCU מעבירה את התובנות ליחידה BMS ECU. כל יחידת RF MCU כוללת מערכת משנה לאבטחה מקיפה, תואמת לתקן ISO21434 CAL-4. זהות ייחודית מאובטחת של כל IC היא תכונת מפתח, שאותה אפשר לשדרג כדי לבנות היסטוריית תובנות לכל מצבר.
• עיבוד מרכזי (BMS-ECU) – אלגוריתמי ADI ממזגים את הנתונים המעובדים מצומתי קצה מרובים, כדי ליצור מארז מצברים עם תובנות ברמת הרכב.

מערכת wBMS עמידה, מאובטחת ובטוחה

ערך המערכת על פני מחזור החיים הכולל של המצבר

יצרני ציוד מקור מתקדמים במהירות לחישמול צי הרכב שלהם. בהמשך נחקור כמה מההזדמנויות החשובות לאספקת ערך בר קיימה.

ייצור כלי רכב חשמליים אוטומטיים

תיק הפתרונות ADI Recharge^TM מבטל את הצורך ברתמות חיווט. באופן כזה משתפרות יכולות הייצור הרובוטי של יצרני ציוד מקור, והם יכולים לשפר את היעילות, האמינות, הרכבת מארז המצברים ועלויות הייצור בקו הייצור. המערכת תומכת בכל החומרים הכימיים של המצברים, לרבות חומרים בעלות נמוכה, והמודולריות המורחבת שהיא מספקת לחבילות המצברים מאפשרת גמישות בזמן שדרוג ייצור EV – מרמת הבסיס לרמה העליונה. מאחר שהארכיטקטורה האלחוטית עמידה מאוד, שדרוגי התוכנה והרשת מאפשרים הפחתת הדרישות מחומר המצבר. בהשוואה לרשת קווית, את הרשת האלחוטית אפשר ליישם במהירות ובקלות ולהקטין בכך באופן משמעותי את זמן מחזור הפרישה. כמו כן, יש חסכונות ברמה המבנית שמתאפשרים על ידי חיישן ניטור תאים מהדור השביעי של ADI, יכולת חישה עד 24 ערוצים עם מעגל משולב יחיד שמפחיתה את דרישות הצימוד, וביצועי מערכת EMC המעולים שמבטלים את הצורך ברכיבים חיצוניים, כגון קבלים.

שירותים דיגיטליים למארזי מצברים

המערכת של ADI מאפשרת למארזי המצברים לקבל שירותים דיגיטליים בדיוק גבוה. המערכת אמורה להגיע לתכנון נכון כבר בפעם הראשונה, על ידי הדגמת ביצועי ת”ר עמידים ביותר, זמן רב לפני שקיימים אבי טיפוס. עוזר לכך תכנון משופר של מארזי מצברים, שמאפשר קבלת החזר על השקעה גבוה יותר בהרבה כבר בשלבי הפיתוח.

אמינות רכב משופרת

המעבר לאלחוטי מאפשר הסרה של רתמת החוטים שלא רק מהווה חיסכון בעלות, אלא גם מסירה את מקורות הכשל הפוטנציאליים ברכב. חוטים ומחברים יכולים להיחלש או להתבלות עם הזמן. בנוסף, במהלך הייצור והפעולה של הרכב, הפלטפורמה יכולה לנהל בדיקות מצבר מעמיקות באופן אוטונומי לגילוי סימנים מוקדמים לפגמים ותקלות, שיכולים להוביל לבעיות בטיחות חמורות ללקוחות הקצה.

הכשרה לאבטחת סייבר עליונה וזיהוי מצברים

השקיפות, האבטחה ופרישה קלה הן קריטיות ליכולתה של המערכת הסביבתית ליצור מערכות חדשות ושירותים בעלי ערך מוסף סביב נתוני המצבר. ADI הביאה את הטכנולוגיה הזו לייצור המוני, כפתרון מוכן לשימוש עם אבטחה מתוכננת בכל רמה. wBMS של ADI מאושרת לפי התקן הגבוה ביותר של אבטחת סייבר לכלי רכב (ISO21434 CAL 4). כל מעגל משולב במערכת wBMS מכיל זהות מאובטחת – יחידה חיונית למטרה שהציבה לעצמה התעשייה, יצירת ‘דרכון’ של מצבר.

פעולות וביצועים משופרים בכלי רכב חשמליים

פלטפורמת התובנות של מערכת wBMS משפרת את חיישני ניטור התאים ואלגוריתמי הקצה של ADI מהדור השביעי, כדי לאפשר טעינה מהירה יותר, טווח מורחב וחיי מצבר ארוכים יותר, כל זאת עם הבטחה לבטיחות מרבית. היכולת להתאים עדכוני תוכנה מבטיחה שיפורים עקביים בביצועים של המצבר ומערכת ההנעה. משמעות נוספת של יכולת אלחוטית מאובטחת היא יכולת ניתוח נוחה של מצב מארז המצברים. אם תאובחן תקלה, התצורה האלחוטית תפשט את תהליך ההסרה וההחלפה.

מעבר חלק לשימוש נוסף במצבר

מאחר שיותר מ-30% מהמחיר לצרכן של רכב חשמלי הם מארזי המצברים, לשרשרת הערך כולה יש תמריץ כלכלי לטפח את שוק השימוש החוזר. מערכת wBMS יכולה לבצע מעקב מדויק אחר תקינות המצבר במהלך חייו, כדי להקצות את ערך המכירה החוזרת של המארז, ובכך להבטיח בניית אמון בין קונים למוכרים. ההתייחסות למצברים תהפוך להיות התייחסות לנכס שמאפשר פיצוי על ההשקעה הראשונית, ובאופן פוטנציאלי אפשר יהיה להעביר את החיסכון הזה לבעלי רכב או לבעלי צי כלי הרכב. סילוק רתמת החיווט עוזר לפירוק מהיר של מארז מצברים מתוך מודעות לעלות, ומספק נתיב חלק ליישומים של שימוש חוזר ומיחזור מצברים.

איור 3. קל יותר לתקן מארזים, לעשות בהם שימוש חוזר ולמחזר אותם.

התמזגות של תעבורה חשמלית ורשתות אנרגיה נקייה.

ככל שמתרבים כלי רכב חשמליים, נוצרת דרישה גוברת לתחנות טעינה ומופעל לחץ נוסף, שהוא דינמי באופן ייחודי מבחינת הזמן והמקום, על רשת אספקת החשמל. אחסון והמרה של אנרגיה בשילוב ניהול אנרגיה, ימירו את כלי הרכב החשמליים לאמצעי חיוני ורב ערך ליצירת יציבות ברשת החשמל.

תוכנת מצברים חכמה וקישורים אלחוטיים, שמערכת wBMS של ADI מספקת לכלי רכב חשמליים ומערכות אחסון אנרגיה (ESS), יכולים לסייע בתיאום זרימת אנרגיה נקייה ברשת, ולנהל את האספקה והדרישה בנצילות גבוהה יותר ובאופן חלק. אפשר להשתמש בתעריפי טעינה דינמיים לשיפור זמני הטעינה ולתעריפי חשמל נוחים יותר.

דוחפים לעתיד בר קיימה, עוד יותר

במבט לפנים, אנו רואים שכלי רכב חשמליים הם רק ההתחלה של מעבר לקיימות בקנה מידה עולמי. יש צורך בפתרונות טכנולוגיים מתקדמים בשני צדי הכבל. מצברים ימשיכו לשגשג ולהתרחב עם סוגים שונים של חומרים כימיים ויידרשו תובנות חדשות כדי לאפשר מחזור חיים מעגלי של המצברים. ההגעה לעתיד בר קיימה תמשיך להיות משאת נפשו של השוק, ומשמעותה פיתוח נהלים אתיים וחומרים כימיים שימנעו את השימוש בחומרים מינרליים שנויים במחלוקת, ויעברו לשימוש בחומרים כגון LFP ללא קובלט. לסיכום, דרך מינוף חדשנות בתהליכים מדויקים של ניהול, בקרה ועיבוד אותות בזמן אמת, ADI מוסיפה חוכמה מהסוג המתקדם ביותר בכל צומת של המערכת האקולוגית, כדי להבטיח את המיזוג האמין של תעבורה חשמלית עם רשת חשמל נקי, למען עתיד שהוא בר קיימה, אפילו עוד יותר.