BMS如何落地生花
2024-03-01 10:03:48
隨著純電動汽車的快速普及,動力電池作為汽車“新三大件”的地位日益提升。與此同時,電池管理系統(BMS)的發展也有了更豐富內涵。
伴隨鋰電池同步發展
電池管理系統不只應用于汽車業,只要有鋰電池,就有它的用武之處,手機、電腦、無人機等電子產品上都有配備。
BMS在汽車上的應用,是伴隨著鋰離子電池的應用產生的。北京航空航天大學交通科學與工程學院院長楊世春介紹說:“BMS的雛形是鋰離子電池保護板,隨著純電動汽車的快速發展,簡單的電池保護板難以滿足電池狀態監測和性能管理的復雜要求,由此BMS誕生。在鋰電池保護板的基礎上,BMS增加了通信、均衡管理、電池剩余容量(SOC)估算、功率狀態(SOP)估算、健康狀態(SOH)估算等功能。”
1991年,美國能源部與三大汽車公司(通用、福特、克萊斯勒)共同成立先進電池聯合體(USABC),建立了專門從事電池及管理系統的測試、實驗等研究的實驗室和研究機構,這是BMS最早進入汽車領域的開端。此后,眾多車企開始重點研究BMS技術,例如日本青森研究所、豐田等。我國在1992年就把電動車開發發展列入“八五”重點科技攻關專項,但由于發展中遇到的實際問題,國家“十五”計劃才明確確定電動汽車發展路線,到2001年才開始大規模有組織地研究電動汽車技術,包括電池管理系統的研究也開始受到重視。新能源pack橡膠密封圈
在特斯拉電池系統工程師劉尋看來,BMS在汽車行業愈發受到關注源于以下幾點原因:首先,BMS可滿足準確檢測電池安全的需求;其次,BMS可延長電池壽命;此外,對電池的精確檢測可充分利用剩余電量,增加續駛里程。對于消費者來說,BMS有助于提高車輛性能和安全性。這幾點優勢足以讓BMS成為當前汽車行業的“香餑餑”。
BMS市場格局大顛覆
如今,BMS在我國正處于快速發展的階段。2020~2022年,新能源汽車快速普及,BMS裝機量呈現爆發式增長,年裝機量已超過500萬套。據中商情報數據顯示,2022年車規級BMS市場規模達到138億元,如今每一輛新能源汽車至少要配裝一套BMS。
在激烈的市場競爭中,BMS領域也經歷了洗牌階段。2020年BMS配套企業有110家,到2022年已經縮減到83家,其中前10家BMS企業市場份額提升至81.2%,頭部企業聚集度顯著提升。新能源專用防水橡膠密封圈
隨著零部件供應商重視自主開發,BMS的國產化進程也正駛入快車道。劉尋表示,BMS本身硬件并不存在太多技術壁壘,主要是軟件迭代,包括熱管理系統策略、SOC估算準確性等,這對產品設計和開發提出了新的要求。
目前,我國BMS行業參與企業大體分為3種類型:電池廠商、汽車整車企業、專業第三方BMS企業。近年來,整車企業和電池廠商以自主研發或合作開發的形式開展業務,比亞迪、寧德時代、國軒高科、中航鋰電等國內動力電池領軍企業大多采用BMS+PACK模式布局,提供電池組和BMS配套,專業第三方BMS企業的市場地位因此受到極大挑戰。儲能集裝箱橡膠密封條
據了解,目前全球BMS主要廠商包括弗迪電池、特斯拉、寧德時代、比亞迪、華霆動力、聯合電子、東軟睿馳、億能電子、力高技術、均勝電子、普瑞均勝、上海捷能、長安汽車、北汽新能源、科列技術、國軒高科等。從電池管理系統行業3大參與主體的電池裝機量市場份額來看,整車企業生產的BMS裝機量約占總量的21%,電池廠商生產的BMS裝機量約占46%,專業的BMS廠商約占據33%。總體來看,電池廠商占據國內電池管理系統行業主要的市場份額。
近年來,BMS配套企業的市場格局有了明顯變化,均勝電子新能源研究院院長、普瑞均勝副總裁姜釗總結了過去幾年頭部企業情況:“2020年時,前10家配套企業中共有7家來自第三方BMS企業;而到了2022年,第三方BMS企業僅剩3家,具有整車背景BMS企業占5家,具有電池背景的企業占2家,其中均勝電子就是3家之一。”他表示,相對具有整車企業或電池背景的BMS企業而言,雖然第三方BMS企業客戶資源相對弱勢,但第三方企業研發資源更集中,技術耕耘更扎實,服務經驗更豐富,因此第三方BMS企業在激烈的BMS市場競爭中也有實力和機會去發揮優勢,搶占市場份額。均勝電子就是憑借研發積累和沉淀,在BMS技術和客戶資源上形成了獨特優勢,因此才能進入并保持在前10企業行列中。
如今,BMS行業頭部企業集中優勢明顯,但新入局者此起彼伏,預計未來幾年行業競爭將更加激烈,尤其是中國市場。
軟件技術決定性能差距
當前BMS仍是純電動汽車的核心技術之一,各整車企業、零部件供應商、科研機構等都在持續加大研發力度。在未來電動汽車競爭中,擁有性能可靠、價格低廉的電池管理系統,將成為電動汽車的核心競爭力。
據姜釗介紹,BMS在架構設計上主要包括控制模塊和采樣模塊,根據BMS不同功能模塊之間的拓撲結構,BMS可以分為集中式和分布式兩大類。集中式BMS也稱為一體式BMS,是指將BMS主控制模塊、電芯采樣模塊全部集中在一個控制器內,整個通信過程都集中在PCB電路板內部,該架構的BMS設計上可以節約空間和成本,一般適用于電芯較少、模組較小的電池系統,如48V混動系統上。分布式BMS是根據BMS功能劃分出控制器主板以及多個控制器從板,這種架構的BMS可以靈活進行線束和空間布置,通常適用于較多電芯數量、較大容量的電池系統,目前在新能源汽車動力電池上普遍應用。
在分布式BMS中,根據主從板之間拓撲連接方式,可以進一步分為星形連接、總線連接和菊花鏈連接。隨著新能源汽車輕量化、低成本、智能化的發展趨勢和越來越高的安全要求,BMS技術發展也開始出現諸多分支形式,如云端BMS、無線BMS等。
楊世春認為,在目前BMS系統中,CAN總線是使用最廣泛的通訊方式,但隨著對成本控制壓力越來越大,很多廠家都在向菊花鏈的方式轉變。在現有主流BMS架構中,無論是CAN總線還是菊花鏈通訊,都是通過實體線束將電池采樣芯片聯系起來,數據是沿著線束鏈路進行傳遞,這種有線傳輸存在冗余性較差、重量及成本增加、可靠性差等問題,因此無線BMS有可能成為未來發展趨勢。
雖然對于BMS技術趨勢尚未有定論,但有一點可以確定,隨著電動汽車的快速發展,針對每個車型項目重新開發BMS是不可行的,無論在時間、人力或是資源成本方面都會造成浪費。基于平臺化、模塊化,開發出符合戰略需要的通用化BMS,勢必將是未來企業提升產品競爭力的最有效方式。儲能產業橡膠硅膠配件名稱圖解
劉尋介紹說,BMS的技術關鍵在于軟件和芯片,軟件上的控制邏輯和建模是企業競爭的最關鍵要素。
“BMS做出來不難,做好很難,能否提高SOC精確性,進一步提高BMS均衡工作能力是下一步需要攻克的關鍵。”劉尋表示,BMS的研發難點主要集中在軟件控制邏輯和建模。當前BMS市場規模依舊非常可觀,鋰電池已成為新能源汽車的的主流選擇,這也意味著BMS將覆蓋全部新能源汽車市場,BMS的重要程度會越來越高。新能源產業常用橡膠硅膠配件
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