新能源汽车与传统燃油汽车最大的差别是用动力锂电池作为动力驱动,而作为衔接电池组、整车系统和电机的重要纽带,电池管理系统BMS的重要性不言而喻,BMS是动力锂电池组的核心技术,也是整车公司最为关注的环节。
一、技术及趋势
BMS属于电池包一部分,电池包是新能源汽车核心能量源,为整车供应驱动电能,它重要通过金属材质的壳体包络构成电池包主体。模块化的结构设计实现了电芯的集成,通过热管理设计与仿真优化电池包热管理性能,电器部件及线束实现了控制系统对电池的安全保护及连接路径通过BMS实现对电芯的管理,以及与整车的通讯及信息交换。
BMS重要用途包括:估测电池的荷电状态,检测电池的使用状态,管控电池的循环寿命。在充电过程中对电池的热管理,启停锂离子电池的冷却系统,同时也管理单体电池之间的均衡,防止单体电池过充过放出现危险。另外监测整个电池的健康工作状态。
图表1国内外主流BMS供应商的技术参数
资料来源:一览众咨询整理
目前电池管理系统有主动式均衡和被动式均衡两种管理模式。两种管理模式各有优缺点,所采用的方式普遍为采集单体电池电压,串联电流,以及温度以及电池组的电压,然后将这些信号传给运算模块进行处理发出指令,最后将整个处理的信息指令通过CAN通讯系统传送给汽车中央控制单元或整车VMS系统。
国内主流车用BMS厂家都有被动均衡技术,而且其中绝大部分都有主动均衡技术储备。在厂家给的配置单上,主动均衡是一个选配功能。被动均衡的BMS装机量较大,占据新能源汽车市场较高的份额,远远高于主动均衡BMS的市场份额。国内的新能源汽车重要是中低端产品,考虑到成本及配置需求方面,被动均衡相对较易接受。随着新能源汽车产品的向高端发展,对BMS的要求也越来越高,主动均衡技术将成为未来的发展趋势。
在软件方面其最核心的技术在于SOC的估测算法,电动汽车动力锂电池的电荷状态估测是BMS控制算法的核心所在,直接影响到电动汽车的使用寿命和运行稳定性状态。SOC是BMS中最重要的参数,目前大部分BMS厂家的SOC估算精度是在5%以内的,部分是在8%以内。
关于BMS的技术,目前各大芯片厂家都推出了自己的解决方法,以及针对性的底层芯片,供厂家进行二次开发。常用的主流方法以及芯片有这么几个大的厂商,TI(德州仪器)、ST(意法半导体)、ADI(亚德诺)、ATMEL(艾特梅尔)、Infinen(英飞凌)、Intersil(英特矽尔)、Linear(凌力尔特)、Maxim(美信)等厂家。国内的BMS公司都是在此基础上进行二次开发,包括硬件设计,软件的搭建等。在很多年前这些厂家都已经进行过方法的验证和仿真。
二、市场特点及空间
1、公司多而不强
国内技术领先的国家BMS公司相对较小,只有数家,行业集中度高,技术优势明显。而我国目前涉及到BMS公司有近百家,市场竞争激烈。从公司分布来看,BMS公司重要分布在广东及长三角地区,占比约60%。技术上公司两极分化严重,且大多数公司处于同质化竞争阶段,徘徊在中低端市场。
图表2国内BMS公司区域分布
数据来源:一览众咨询
2、参与主体多样化
BMS作为新能源汽车核心部件,产业链各环节的主体均有参与布局,总体来看,我国BMS市场参与者重要有三类:
1)动力锂电池公司:目前国内第一梯队动力锂电池公司均涉足,且大多是BMS+PACK模式,掌握了动力锂电池电芯到电池包的整套核心技术,具有较强的竞争实力。代表公司有BYD、CATL、中航锂电、国轩等。
2)整车公司:整车公司对电芯的参与较少,一般通过兼并购、战略合作等方面进入,而BMS则为大的公司重点考虑的领域。国内如长安、北汽、吉利等车企均有专门的研发团队进行BMS的研发,除了核心技术的掌握外,在成本和效率方面较其他公司有较强的竞争力。
3)专业第三方BMS公司:目前国内第三方BMS公司仍占据重要位置。一部分由动力锂电池BMS公司,另一部分是传统数码电池及BMS公司转型而来。相对来讲,作为专业的第三方BMS公司,技术积累有天然的优势。目前这类公司参与者众多,但技术相差较大,国内处于竞争前列的公司重要有科列技术、亿能电子、冠拓、力高新能源、华霆动力、上海妙益等。
图表3各类型BMS公司数量占比
数据来源:一览众咨询
新能源汽车市场起步阶段,电芯公司及整车公司开始在BMS领域进行技术储备,2014年以前参与者大多为专业的第三方BMS公司。随着新能源汽车市场的爆发式上升,电芯及整车为了掌握这一核心技术,逐渐进入该领域。我们判断,短时间内第三方BMS公司将仍为市场主流。从长远来看,整车厂和电池公司将逐渐渗透,行业将会有一轮整合潮,市场集中度将会提升。未来第三方的BMS公司将会面对较大的竞争压力。