汽車電池管理系統(tǒng)迎來快速發(fā)展期

張依依

近年來，特斯拉、比亞迪等新能源汽車走進了千家萬戶，新能源汽車“滿街跑”成為了城市交通的一景，而“新基建”的建設更是為新能源汽車裝上了“助推器”。作為最關(guān)鍵的部件之一，動力電池成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點，電池安全則成為重中之重。近期，廣東清遠、山東青島以及廣東惠州等地接連發(fā)生新能源汽車自燃事故，為電池的安全性蒙上陰影。

電池管理系統(tǒng)（BMS）作為動力電池組的核心部件，是銜接電池組、整車系統(tǒng)和電機的紐帶，能夠?qū)﹄姵剡M行有效的管理和控制，保證動力電池的安全性，因此世界各國對此都投入了大量的人力和物力并開展深入研究。

市場“三分天下”

長期的研發(fā)積累以及雄厚的資金實力讓整車企業(yè)在BMS產(chǎn)業(yè)具備較強競爭力。

新能源汽車的普及使得全球BMS市場規(guī)模不斷擴大。賽迪智庫電子信息研究所副所長余雪松向《中國電子報》記者介紹，2019年全球BMS產(chǎn)值規(guī)模約60億美元，預計2025年將超過120億美元。2019年我國新能源汽車產(chǎn)量達124.2萬輛，約占全球的57%，BMS市場規(guī)模約為240億元。

欣旺達電子股份有限公司副總裁粱銳告訴記者，現(xiàn)階段參與布局BMS的企業(yè)共有三類：整車企業(yè)、動力電池企業(yè)和專業(yè)第三方BMS企業(yè)，市場呈現(xiàn)出“三分天下”的局面。長期的研發(fā)積累以及雄厚的資金實力讓整車企業(yè)在BMS產(chǎn)業(yè)具備較強競爭力。余雪松表示，目前國內(nèi)外汽車廠商，如特斯拉、通用和比亞迪等，均有團隊負責BMS的研發(fā)。業(yè)內(nèi)人士林健博士表示，國內(nèi)幾乎所有整車廠都在做BMS，沒有能力的車企也將其提上了日程。

動力電池企業(yè)掌握了從電池芯到電池包的整套技術(shù)，對電芯的研發(fā)和生產(chǎn)等環(huán)節(jié)輕車熟路。據(jù)悉，目前知名動力電池企業(yè)有松下、三星、LG、寧德時代、比亞迪和欣旺達等。粱銳指出，電池和整車的相互連接是一個重要的前提，動力電池企業(yè)仍需加深對車企需求的了解。

專業(yè)第三方BMS企業(yè)在整車廠供應鏈中具有重要地位。粱銳向記者介紹，當前處于競爭前列的第三方BMS企業(yè)有博世、海拉、普瑞和億能電子等。粱銳指出，第三方BMS企業(yè)在把握車企需求和相互協(xié)作等方面存在一定劣勢，因而生存空間受限。余雪松也表示，目前第三方BMS企業(yè)正面i臨來自整車企業(yè)和動力電池企業(yè)的“雙重夾擊”?！敖陙?，BMS市場正呈現(xiàn)以下發(fā)展特點：逐步向頭部企業(yè)集中，中小企業(yè)市場份額持續(xù)萎縮。同時，在整車企業(yè)和動力電池企業(yè)的雙向擠壓下，第三方企業(yè)的生存空間不斷縮小。”余雪松對記者說。

仍存三大障礙

BMS是動力電池安全的“保護傘”，其成本約占動力電池模塊成本的10%。

BMS是動力電池安全的“保護傘”，其成本約占動力電池模塊成本的10%。余雪松告訴記者，BMS能估測電池的荷電狀態(tài)、檢測電池的使用狀態(tài)、管控電池的循環(huán)壽命，以及在充放電過程中對電池系統(tǒng)的加熱、冷卻及溫度的均衡性進行調(diào)節(jié)。

不同的BMS模塊發(fā)揮著不同的功能。林健指出，BMS系統(tǒng)通常包括檢測模塊與運算控制模塊。檢測是指測量電芯的電壓、電流和溫度以及電池組的電壓，然后將這些信號傳給運算模塊進行處理并發(fā)出指令。控制模塊一般包括硬件、底層基礎軟件和應用層軟件。

既然BMS不同模塊的協(xié)同作用能保證動力電池的安全，為何新能源汽車電池失火事件仍頻頻發(fā)生？對此，林健表示，盡管電池質(zhì)量是造成事故的主要原因，但BMS在不少情況下也有不可推卸的責任，比如只考慮電池的平均狀況而不考慮每個電池的特殊情況，或是只考慮電池恒溫時的狀態(tài)，對溫度變化的影響有所忽視。

因此，推動BMS產(chǎn)業(yè)升級、增強動力電池的安全性已迫在眉睫。在采訪過程中林健指出，動力電池若想改進仍需突破三大障礙。首先，我國在BMS核心算法上與國外存在差距。在控制策略上，國內(nèi)90%以上的廠家仍然使用安時積分法，以及使用開路電壓計算充電狀態(tài)。然而，安時積分法沒有糾錯能力，在電池老化或電池溫度變化較大的情況下，電流的精度會變差，也無法考慮到每節(jié)電池的特殊情況。“為了提高精度，控制算法普遍采用開路電壓修正，但只能在充電開始或最后階段修正，因此小電流修正誤差較大，修正機會也很少。”林健說。

相比之下，林健表示，部分國外公司早巳使用了智能化算法，通過宴時在線估算來估算出電池的所有等效參數(shù)，從而精確地估算出電池組的狀態(tài)，因此無論是新電池還是老化后的電池，都能保持高精度的超強糾錯能力。近年來，國內(nèi)部分廠家也嘗試使用了類似方法，但他們只能佶算出部分參數(shù)，或在短時間內(nèi)臨時使用類似算法。對此，林健表示，我國BMS在核心算法上仍需進一步提升，只有用高精度的算法才能實現(xiàn)真正的智能化，幫助我國BMS實現(xiàn)跨越。

其次，關(guān)鍵芯片依賴進口也是制約我國BMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原因之一。對此，余雪松告訴記者，目前我國BMS關(guān)鍵芯片的供給主要依賴瑞薩、英飛凌、TI、博通等國外企業(yè)，國內(nèi)尚無企業(yè)能夠規(guī)模供給。

最后，BMS過熱管理技術(shù)仍有待提高。余雪松表示：“目前動力電池模組多采用風冷技術(shù).BMS負責監(jiān)測單體電池的發(fā)熱情況，在發(fā)現(xiàn)問題苗頭的情況下可以采取一定措施進行預防。但一旦單體電池過熱，就會缺乏對過熱電池的精確處置手段。新能源汽車發(fā)生起火事故，往往是單體電池過熱失控后無法有效處置所致?！?/p>

智能化伴隨新機遇

我國新能源汽車在汽車產(chǎn)銷量中所占比重越來越大，且呈現(xiàn)逐年增長之勢。

我國新能源汽車在汽車產(chǎn)銷量中所占比重越來越大，且呈現(xiàn)逐年增長之勢。數(shù)據(jù)顯示，2019年，我國新能源汽車產(chǎn)銷量分別為124 2萬輛和120.6萬輛，均呈上升之勢。

新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展和新能源汽車的高銷量在給BMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來光明前景的同時，也對動力電池的安全性及BMS產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級提出了更高的要求，而BMS的智能化無疑是適應這一發(fā)展趨勢的必然結(jié)果。

弗迪電池（原比亞迪鋰電）BMS廠長鄧林旺表示，BMS可以將電池的數(shù)據(jù)采集后上傳云端，通過對電池數(shù)據(jù)的挖掘研究，做故障預警、模型訓練、參數(shù)更新、殘值評估等很多有意義的事，提升新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的價值。同時，信息技術(shù)的進步會使BMS迎來全新的智能發(fā)展。隨著新能源汽車的智能化，BMS將作為電池和車、云的控制溝通樞紐，來提升電池的智能化控制、整車的智能化響應和用戶的智能化體驗。

余雪松也表示，汽車智能化將加強BMS與車載系統(tǒng)協(xié)同，充電狀態(tài)、均衡管理等算法有望進一步優(yōu)化，這將推動我國BMS技術(shù)水平不斷提升。部分企業(yè)會逐步進入核心芯片領域，將不斷完善BMS產(chǎn)業(yè)鏈。同時，國家也出臺了一系列措施推動新能源汽車應用，加大了對動力電池等關(guān)鍵技術(shù)的支持，能夠促進BMS產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展。隨著BMS的智能化進程，我國企業(yè)BMS的水平有望進入國際先進水平之列，并獲得國內(nèi)外整車企業(yè)的認可。

我國新能源汽車市場有很大的發(fā)展?jié)摿Γ嚓P(guān)規(guī)劃提出，到2025年我國新能源汽車銷量要超過200萬輛。同時，我國BMS市場規(guī)模將持續(xù)增長，到2025年預計接近400億元。梁銳告訴記者，隨著人們對動力電池安全性的關(guān)注和對BMS需求的增加，我國BMS產(chǎn)業(yè)會經(jīng)歷技術(shù)和產(chǎn)品的升級。為了建立我國BMS產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢，企業(yè)在未來發(fā)展的過程中需要瞄準國外高端車企的需求，進人國外高端車企的供應鏈。