BMS需求超百亿,你必须了解的核心技术和市场潜力

丞相本布衣

最近有投资机构在向本人询问BMS投资这块的问题,处于风口上的BMS专业厂家科列技术更是在新三板的估值超过30亿元,资本市场对其关注度只增不减。在此本人查阅了一些资料,以及对市场的预测,对BMS的重要性以及相关技术做了一些阐述,还请这块的大牛们多多拍砖。BMS作为电动汽车的一个核心部件之一,整个新能源电动汽车产业的蓬勃发展给这块的投资带来了机遇,同时也充满了风险和挑战。

BMS的重要性

电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)简称BMS,主要功能就是为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。对于电动汽车来说,BMS系统肩负着很重要的责任,是电池的核心管家。特别是近几年电动汽车推广的过程中出现的锂电池起火燃烧安全事故,更是把电池管理的安全性提高到前所未有的高度,甚至把电动汽车这个行业推到了风口浪尖。电动汽车电池在使用过程中最大化的发挥经济效益以及安全的保障车辆的运行,BMS系统起到了关键的作用。

在电动汽车整车中,BMS所占有的成本不是很高。主要有这么几个作用,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产生危险。再就是监测整个电池的健康工作状态。

锂电池的与BMS

要彻底了解BMS的工作原理和其重要性,还要从BMS管控的锂电池说起。锂电池主要是指以锂离子嵌入化合物为正负极材料的一类电池。一般常见的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝酸锂(三元锂)、钛酸锂等材料,每种材料的特性也都不一样。负极材料一般是石墨,目前也在研究石墨烯材料应用于锂电池的负极材料中,电解液用的比较多的是六氟磷酸锂。锂电池的充放电可以用下图来表示。由于电解质为有机溶剂,属于非导电体,在工作的过程中不会出现像铅酸电池那样的电解液导电现象,所以能够承受大电流充电,实现快充功能。

当然不同的正极材料和负极材料以及电解液做出的锂电池所表现出的电池特性是不一样的,例如三元锂电池和磷酸铁锂电池的外在开路电压,内阻值,放电倍率以及环境温度适应能力都是不一样的,对于BMS来说SOC的估测更是没有一套放之任何锂电池而皆准的标准算法。从锂电池的内部说起,看看BMS对于锂电池的重要性。

第一电动网新闻图片

铅酸电池出现过充的时候会出现电解水的反应,那么问题来了,如果锂电池出现过充或者是过放电将会产生什么现象呢?当充满电之后,锂离子大部分会嵌套在石墨上面,当石墨中所嵌入的锂的含量超过了它所承受的范围,那么多余的锂离子就会和负极中穿梭而来的电子结合,在负极表面上开始沉积,形成锂枝晶体。而且锂枝晶主要沉积在隔膜和负极的接触部位,生长的方向是沿着从负极→隔膜的走向,而这个方向很容易刺穿电池隔膜,一起电池内部短路,小则影响电池放电效率循环寿命,大则会危害电池的安全,造成起火等安全隐患。BMS就需要在任何情况下保障电池不能过充,及时准确判断电池的电荷状态,当充电器或者是充电桩对电动汽车充电到一定程度,即电池的电量达到一定范围上线电则立即断电保护电池。

当电动汽车充满电进行工作,理论上能将电池中存有的电量彻底释放完毕,达到电动汽车的最大续航里程。但是出现这样的情况对电池显然是不利的特别是使电池的循环使用寿命大大缩短。释放电量究竟要释放到剩余电量到多少就停止,这就是BMS的另一个功能,准确估测电池的荷电状态 (State of Charge,即SOC),即电池剩余电量,保证SOC维持在合理的范围内。

在经典的电工学里面,电池的模型实际上就是一个理想电压源和一个电阻的串联,这个串联电阻也就是电池内阻。锂电池在生产的过程中,要求这个内阻越小越好,然而,内阻目前只能更进一步减小而不能从根本上消除内阻,而且这个内阻对于每个电池单体来说很难做到一致,只能在一定的范围之内。再加上生产工艺的控制,等因素的影响,每个单体电池的性能会存在一定的细微差异。电池只要是存在使用就会造成内阻对系统的影响,如充满电时候所表现出来的开路电压的细微差异。这就要求BMS对每个单提电池的细微管理,尤其是管理算法就显得更为重要。在电动汽车动力电池大电流充放电的情况下(快充、电机过载),内阻的存在会造成电池的过热,如果BMS没有及时有效的进行管控或者是出现失效状态(软件失效或者使硬件失效),不管是对电池还是对整车将是致命性的危险,甚至引起车体燃烧。

不同的电池参数和不同的电池材料所形成的单体电压时不一样的,BMS的进行电池管理的时候必须要有针对性,进行相互匹配。内在的控制算法更是发挥电池最大价值的核心所在。在整个使用过程中最基础的是电动汽车的安全性,能够保证BMS 在任何环境下都能够稳定可靠的工作软件的有效性和硬件的有效性,等等这些性能都是目前BMS专业企业所要做的工作。

BMS的工作原理与技术核心

对于BMS的技术,目前各大芯片厂家都推出了自己的解决方案,以及针对性的底层芯片,供厂家进行二次开发。常用的主流方案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企业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案的验证和仿真。

在对电池的管理目前有主动式均衡管理和被动式均衡管理。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。其组成主要由数据采集电路、电子控制单元(ECU)和通讯电路组成。总体分为硬件部分和软件部分,在硬件部分主要是在设计的时候考虑到硬件寿命使用冗余量等等硬件设计,保证整个BMS模块在使用的时候不会出现硬件的故障。在软件方面其最核心的技术在原SOC的估测算法,电动汽车动力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。

第一电动网新闻图片

电动汽车使用的环境比较复杂,使用工况的不一样,电池的放电倍率的不一样都会影响到BMS对电池SOC的估测判断,再就是随着电池的循环使用,电池自然寿命的减少造成SOC的自然减少也会更进一步影响到BMS的判断。BMS对动力电池SOC的估算精度特别的重要。精度越高,对于相同容量的电池,可以有更高的续航里程。所以,高精度的SOC估算可以有效地降低所需要的电池成本。而高精度的算法更是国内广大BMS专业厂家要去下功夫解决的问题。例如汽车持续的上坡,持续大电流放电,此时因为电池内部锂离子的扩散需要时间,造成单体电池电压快速降低,而对于SOC的估算更是一个不容易解决的问题。

对于BMS的控制保护机制所占用的控制单元CPU的资源并不是很多,但这并是说保护机制就不重要,保护机制的控制稍微比较简单,毕竟没有涉及到复杂的算法。而在核心方面SOC的估测,每一种状态和工况所需要的算法都不一样,比如下坡的能量回收,上坡时候的持续大电流放电,平坦路面的的持续行驶,糟糕路况的持续行驶,以及频繁的起步刹车路况。如果整个过程只采用以往的单体电池电压检测和电流时间积分来进行判断将会出现很大的估测误差。显然针对不同的工况需要建立不同的物理模型进行计算,甚至会涉及到数学物理方法里面的各种边界条件计算,这也不是简单的CUP能完成的任务。

总之对于一个好的BMS系统企业来说至少要达到这些条件掌握电池SOC核心算法;掌握健康状态SOH估算;掌握高效的均衡管理技术,先进的散热机制;掌握业内领先的高精度测量技术;可选配多功能数据记录仪等附加功能。在安全的性能方面要满足:电池安全管理多级故障诊断保护;高压安全管理;电池电压采集模块具备回路过流、短路保护等安全机制,电路更可靠;在通讯系统传输过程中满足EMC要求EMI要求,保证数据传输不会受到干扰而出现错误指令。在充电接口上符合标准规范:支持充电国标GBT 20234-2015及GBT 27930-2015;支持各种协议和故障诊断协议,能够在线对协议进行修改。

电动汽车的发展使我国的BMS技术与国外的BMS技术存在的差距并不是很大,国内依然有表现不俗的专业厂家。在目前来看国内BMS厂家比较多自身技术水平也参差不齐,这得益于电动汽车市场属于一个增量市场,处于飞速上升阶段。未来的情形一定使掌握有核心技术的厂家将引领市场的发展和规范。

BMS的市场潜力

从下游整车厂的反映来看,BMS市场由动力电池企业、PACK企业及BMS企业来把控。整车厂更愿意以签订技术协议的方式整体采购电池组+BMS。究其原因,整车厂不愿意花精力去做BMS主要是基于这么几点:1、BMS占整车成本较小,涉足该领域不合算;2、电池组分开采购,BMS作为电池安全管理系统,一旦出现问题,就会出现“扯不清”的情况;3、BMS与电池须高度匹配,电池材料、电压、温度等不同,BMS方案就会不同。在不了解电池的情况下,整车厂去做BMS没有任何优势。

由于市场上电池的型号,材料等等存在多样性,BMS的匹配更是需要进行专业的匹配。对于电池厂家来讲,除非电池的出货量足够大,才有会考虑自己去做BMS,然而随着锂电池厂家产品线的丰富和产品的多样化策略,电池厂家的BMS业务依然会放下归专业的公司来做。从近几年的释放份额的分布上来看就能反映出来。

目前BMS的提供商主要集中在专业BMS厂家如科列技术、亿能电子、妙益电子、冠拓等专业厂家,毕竟专业的事还需要专业的厂家来做。就整个市场来看,专业BMS厂家的市场份额会超过60%,其余的则是PACK厂家、锂电池厂家以及整车厂家占有。随着电动汽车的出货量不断地增长,BMS专业企业也将迎来随着电动汽车一起爆发式的增长。随着电动汽车的保有量不断地增加以及存量的时间拉长,BMS存在的一些潜在问题和风险将会逐步显露出来,一些没有核心技术和核心算法的公司将会逐渐淘汰出局。要做好关乎汽车安全的BMS的技术比壁垒还是有一定的高度。

BMS的市场增量主要来自两个方面,其一是随着电动汽车的飞速发展,特别是产销量的持续增长,对汽车用BMS的需求将在很长一段时间将是一个增量市场。再就是以往以铅酸电池为动力电池的低速电动车市场,这块随着国家政策的逐渐清晰,锂电化必然是趋势,这块的市场需求更是巨量的。再加上其他锂电替换铅酸的领域,未来整个BMS市场乐观估计会超过每年100亿元的需求量。

0

BMS
想看更多 不感兴趣
重复、旧闻
内容质量差
确定
丞相本布衣 大牛作者

资深电动汽车人士,某基金新能源投资方向独立咨询顾问,多家电动汽车技术顾问。熟悉市场技术发展趋势,熟悉电动汽车电机驱动,充电设备。


阅读更多文章,狠戳这里
奔驰首款纯电动车2018年投产 基于EQ打造/定位紧凑型纯电动SUV
起亚或推K3插电混动版 百公里油耗3.7L/2018年上市
2016年纯电动乘用车交强险数据显示: 吉利以4.9万辆夺冠,区域销量集中于华北地区
Lyft公司创始人推进智能车道 拟消除拥堵
谷歌自动驾驶部门:以后不再把事故责任甩锅给人类失误
上汽集团非公开发行募集150亿元
电动跑车又来了个弄潮儿 DS注册全新商标E-Tense未来或将量产
2019年上市 福特Transit插电混动版消息
坚瑞沃能:2016年净利润暴增1000%,沃特玛全年收入约77亿元
产能过剩 差异化发展成中小动力电池企业出路?
天津新动源10GWh新型固态锂电池项目落户南京产业园区
大众拟采用MEB电动车平台生产下一代甲壳虫
加州电力公司拟筹集逾10亿美元建电动汽车充电站
首批FF 91将于2018年交付 3月可抢购
或将推出插电/纯电版本 新一代奔驰GLA谍照曝光
向日葵重组布局充电桩 业绩承诺被疑偏高
借鉴IDS概念车前脸造型超前 日产新聆风假想图曝光
国内无铅化锂电池成功研发,低速电动车成为新宠
或2017年1季度推出,预计售价十万以上,ARCFOX-1硬顶版量产车谍照
松下计划扩大与特斯拉合作 涉足自动驾驶技术
下一篇

旧文重发:未来汽车开发者 | 李斌:没有实力别造车

旧文重发:未来汽车开发者 | 李斌:没有实力别造车


第三方登录
纯净阅读
意见反馈

反馈和建议 在线回复

第一电动网
Hello world!