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BMS如何落地生花

2024-03-01 10:03:48

 

随着纯电动汽车的快速普及,动力电池作为汽车“新三大件”的地位日益提升。与此同时,电池管理系统(BMS)的发展也有了更丰富内涵。


伴随锂电池同步发展
 

电池管理系统不只应用于汽车业,只要有锂电池,就有它的用武之处,手机、电脑、无人机等电子产品上都有配备。
  

BMS在汽车上的应用,是伴随着锂离子电池的应用产生的。北京航空航天大学交通科学与工程学院院长杨世春介绍说:“BMS的雏形是锂离子电池保护板,随着纯电动汽车的快速发展,简单的电池保护板难以满足电池状态监测和性能管理的复杂要求,由此BMS诞生。在锂电池保护板的基础上,BMS增加了通信、均衡管理、电池剩余容量(SOC)估算、功率状态(SOP)估算、健康状态(SOH)估算等功能。”
  

1991年,美国能源部与三大汽车公司(通用、福特、克莱斯勒)共同成立先进电池联合体(USABC),建立了专门从事电池及管理系统的测试、实验等研究的实验室和研究机构,这是BMS最早进入汽车领域的开端。此后,众多车企开始重点研究BMS技术,例如日本青森研究所、丰田等。我国在1992年就把电动车开发发展列入“八五”重点科技攻关专项,但由于发展中遇到的实际问题,国家“十五”计划才明确确定电动汽车发展路线,到2001年才开始大规模有组织地研究电动汽车技术,包括电池管理系统的研究也开始受到重视。新能源pack橡胶密封圈

  

在特斯拉电池系统工程师刘寻看来,BMS在汽车行业愈发受到关注源于以下几点原因:首先,BMS可满足准确检测电池安全的需求;其次,BMS可延长电池寿命;此外,对电池的精确检测可充分利用剩余电量,增加续驶里程。对于消费者来说,BMS有助于提高车辆性能和安全性。这几点优势足以让BMS成为当前汽车行业的“香饽饽”。
  

BMS市场格局大颠覆
  

如今,BMS在我国正处于快速发展的阶段。2020~2022年,新能源汽车快速普及,BMS装机量呈现爆发式增长,年装机量已超过500万套。据中商情报数据显示,2022年车规级BMS市场规模达到138亿元,如今每一辆新能源汽车至少要配装一套BMS。
  

在激烈的市场竞争中,BMS领域也经历了洗牌阶段。2020年BMS配套企业有110家,到2022年已经缩减到83家,其中前10家BMS企业市场份额提升至81.2%,头部企业聚集度显著提升。新能源专用防水橡胶密封圈

  

随着零部件供应商重视自主开发,BMS的国产化进程也正驶入快车道。刘寻表示,BMS本身硬件并不存在太多技术壁垒,主要是软件迭代,包括热管理系统策略、SOC估算准确性等,这对产品设计和开发提出了新的要求。
  

目前,我国BMS行业参与企业大体分为3种类型:电池厂商、汽车整车企业、专业第三方BMS企业。近年来,整车企业和电池厂商以自主研发或合作开发的形式开展业务,比亚迪、宁德时代、国轩高科、中航锂电等国内动力电池领军企业大多采用BMS+PACK模式布局,提供电池组和BMS配套,专业第三方BMS企业的市场地位因此受到极大挑战。储能集装箱橡胶密封条

  

据了解,目前全球BMS主要厂商包括弗迪电池、特斯拉、宁德时代、比亚迪、华霆动力、联合电子、东软睿驰、亿能电子、力高技术、均胜电子、普瑞均胜、上海捷能、长安汽车、北汽新能源、科列技术、国轩高科等。从电池管理系统行业3大参与主体的电池装机量市场份额来看,整车企业生产的BMS装机量约占总量的21%,电池厂商生产的BMS装机量约占46%,专业的BMS厂商约占据33%。总体来看,电池厂商占据国内电池管理系统行业主要的市场份额。
  

近年来,BMS配套企业的市场格局有了明显变化,均胜电子新能源研究院院长、普瑞均胜副总裁姜钊总结了过去几年头部企业情况:“2020年时,前10家配套企业中共有7家来自第三方BMS企业;而到了2022年,第三方BMS企业仅剩3家,具有整车背景BMS企业占5家,具有电池背景的企业占2家,其中均胜电子就是3家之一。”他表示,相对具有整车企业或电池背景的BMS企业而言,虽然第三方BMS企业客户资源相对弱势,但第三方企业研发资源更集中,技术耕耘更扎实,服务经验更丰富,因此第三方BMS企业在激烈的BMS市场竞争中也有实力和机会去发挥优势,抢占市场份额。均胜电子就是凭借研发积累和沉淀,在BMS技术和客户资源上形成了独特优势,因此才能进入并保持在前10企业行列中。
  

如今,BMS行业头部企业集中优势明显,但新入局者此起彼伏,预计未来几年行业竞争将更加激烈,尤其是中国市场。
  

软件技术决定性能差距
  

当前BMS仍是纯电动汽车的核心技术之一,各整车企业、零部件供应商、科研机构等都在持续加大研发力度。在未来电动汽车竞争中,拥有性能可靠、价格低廉的电池管理系统,将成为电动汽车的核心竞争力。
  

据姜钊介绍,BMS在架构设计上主要包括控制模块和采样模块,根据BMS不同功能模块之间的拓扑结构,BMS可以分为集中式和分布式两大类。集中式BMS也称为一体式BMS,是指将BMS主控制模块、电芯采样模块全部集中在一个控制器内,整个通信过程都集中在PCB电路板内部,该架构的BMS设计上可以节约空间和成本,一般适用于电芯较少、模组较小的电池系统,如48V混动系统上。分布式BMS是根据BMS功能划分出控制器主板以及多个控制器从板,这种架构的BMS可以灵活进行线束和空间布置,通常适用于较多电芯数量、较大容量的电池系统,目前在新能源汽车动力电池上普遍应用。
  

在分布式BMS中,根据主从板之间拓扑连接方式,可以进一步分为星形连接、总线连接和菊花链连接。随着新能源汽车轻量化、低成本、智能化的发展趋势和越来越高的安全要求,BMS技术发展也开始出现诸多分支形式,如云端BMS、无线BMS等。
  

杨世春认为,在目前BMS系统中,CAN总线是使用最广泛的通讯方式,但随着对成本控制压力越来越大,很多厂家都在向菊花链的方式转变。在现有主流BMS架构中,无论是CAN总线还是菊花链通讯,都是通过实体线束将电池采样芯片联系起来,数据是沿着线束链路进行传递,这种有线传输存在冗余性较差、重量及成本增加、可靠性差等问题,因此无线BMS有可能成为未来发展趋势。
  

虽然对于BMS技术趋势尚未有定论,但有一点可以确定,随着电动汽车的快速发展,针对每个车型项目重新开发BMS是不可行的,无论在时间、人力或是资源成本方面都会造成浪费。基于平台化、模块化,开发出符合战略需要的通用化BMS,势必将是未来企业提升产品竞争力的最有效方式。储能产业橡胶硅胶配件名称图解

  

刘寻介绍说,BMS的技术关键在于软件和芯片,软件上的控制逻辑和建模是企业竞争的最关键要素。
  

“BMS做出来不难,做好很难,能否提高SOC精确性,进一步提高BMS均衡工作能力是下一步需要攻克的关键。”刘寻表示,BMS的研发难点主要集中在软件控制逻辑和建模。当前BMS市场规模依旧非常可观,锂电池已成为新能源汽车的的主流选择,这也意味着BMS将覆盖全部新能源汽车市场,BMS的重要程度会越来越高。新能源产业常用橡胶硅胶配件

 

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