BMS如何落地生花

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来源:火狐直播下载官网    发布时间:2024-07-12 19:02:18

  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。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、无人机等电子科技类产品上都有配备。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,随着纯电动汽车的加快速度进行发展,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。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可延长电池使用寿命;此外,对电池的精确检测可充分的利用剩余电量,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”。如今,BMS在我国正处于加快速度进行发展的阶段。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。据中商情报多个方面数据显示,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。在激烈的市场之间的竞争中,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企业市场占有率提升至81.2%,头部企业聚集度明显提升。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。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占有率来看,整车公司制作的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%。整体看来,电池厂商占据国内电池管理系统行业主要的市场占有率。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市场之间的竞争中也有实力和机会去发挥优势,抢占市场占有率。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显著,但新入局者此起彼伏,预计未来几年行业竞争将更激烈,尤其是中国市场。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在架构设计上最重要的包含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可大致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设计上能节约空间和成本,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,能更加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、智能化的发展的新趋势和慢慢的升高的安全要求,BMS技术发展也慢慢的出现诸多分支形式,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慢慢的变大,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的新趋势。虽然对于BMS技术趋势尚未有定论,但有一点能确定,随着电动汽车的加快速度进行发展,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。刘寻介绍说,BMS的技术重点是软件和芯片,软件上的控制逻辑和建模是公司竞争的最关键要素。“BMS做出来不难,做好很难,能否提高SOC精确性,进一步提升BMS均衡工作上的能力是下一步需要攻克的关键。”刘寻表示,BMS的研发难点大多分布在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,这也代表着BMS将覆盖全部新能源汽车市场,BMS的重要程度会慢慢的高。