近年來(lái)，特斯拉、比亞迪等新能源汽車走進(jìn)了千家萬(wàn)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(shè)更是為新能源汽車裝上了“助推器”。作為其中最關(guān)鍵的部件之一，動(dòng)力電池成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)，電池安全則成為重中之重。近期，廣東清遠(yuǎn)、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，動(dòng)力電池起火的新聞?lì)l發(fā)，為電池的安全性蒙上陰影。
電池管理系統(tǒng)（BMS）作為動(dòng)力電池組的核心部件，是銜接電池組、整車系統(tǒng)和電機(jī)的紐帶，能夠?qū)﹄姵剡M(jìn)行有效的管理和控制，保證動(dòng)力電池的安全性，因此世界各國(guó)對(duì)此都投入了大量人力和物力開展深入研究。
BMS市場(chǎng)“三分天下”
新能源汽車的普及使得全球BMS市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。賽迪智庫(kù)電子信息研究所副所長(zhǎng)余雪松向《中國(guó)電子報(bào)》記者介紹，2019年全球BMS產(chǎn)值規(guī)模約60億美元，預(yù)計(jì)2025年將超過(guò)120億美元。2019年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)量達(dá)124.2萬(wàn)輛，約占全球的57%，BMS市場(chǎng)規(guī)模約為240億元。
欣旺達(dá)電子股份有限公司副總裁梁銳告訴記者，現(xiàn)階段參與布局BMS的企業(yè)共有三類，為整車企業(yè)、動(dòng)力電池企業(yè)和專業(yè)第三方BMS企業(yè)，市場(chǎng)呈現(xiàn)出“三分天下”的局面。長(zhǎng)期的研發(fā)積累以及雄厚的資金實(shí)力讓整車企業(yè)在BMS產(chǎn)業(yè)具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。余雪松表示，目前國(guó)內(nèi)外汽車廠商，如特斯拉、通用和比亞迪等，均有團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)BMS的研發(fā)。業(yè)內(nèi)人士林健博士表示，國(guó)內(nèi)幾乎所有整車廠都在做BMS，沒(méi)有能力的車企也將其提上了日程。
動(dòng)力電池企業(yè)掌握了從電池芯到電池包的整套技術(shù)，對(duì)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(dòng)力電池企業(yè)有松下、三星、LG、寧德時(shí)代、比亞迪和欣旺達(dá)等。梁銳指出，電池和整車的相互連接是一個(gè)重要的前提，動(dòng)力電池企業(yè)仍需加深對(duì)車企需求的了解。
專業(yè)第三方BMS企業(yè)在整車廠供應(yīng)鏈中具有重要地位。梁銳向記者介紹，當(dāng)前處于競(jìng)爭(zhēng)前列的第三方BMS企業(yè)有博世、海拉、普瑞和億能電子等。梁銳指出，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(shì)，因而生存空間受限。余雪松也表示，目前第三方BMS企業(yè)正面臨來(lái)自整車企業(yè)和動(dòng)力電池企業(yè)的“雙重夾擊”。“近年來(lái)，BMS市場(chǎng)正呈現(xiàn)以下發(fā)展特點(diǎn)：逐步向頭部企業(yè)集中，中小企業(yè)市場(chǎng)份額持續(xù)萎縮；在整車企業(yè)和動(dòng)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(duì)記者說(shuō)。
動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)跨越仍需突破三大障礙
BMS是動(dòng)力電池安全的“保護(hù)傘”，其成本約占動(dòng)力電池模塊成本的10%。余雪松告訴記者，BMS能估測(cè)電池的荷電狀態(tài)，檢測(cè)電池的使用狀態(tài)，管控電池的循環(huán)壽命，并在充放電過(guò)程中對(duì)電池系統(tǒng)的加熱、冷卻及溫度均衡性進(jìn)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(cè)模塊與運(yùn)算控制模塊。檢測(cè)是指測(cè)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(hào)傳給運(yùn)算模塊進(jìn)行處理并發(fā)出指令。控制模塊一般包括硬件、底層基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用層軟件。其中最核心的部分是應(yīng)用層軟件。應(yīng)用層軟件一般分為兩部分：電池狀態(tài)的估算算法和故障診斷以及保護(hù)。
既然BMS不同模塊的協(xié)同作用能保證動(dòng)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(duì)此，林健表示，電池制造是主要原因，但BMS在不少情況下也有不可推卸的責(zé)任，比如只考慮電池的平均狀況而不考慮每個(gè)電池的特殊情況，或是只考慮電池恒溫時(shí)的狀態(tài)，對(duì)溫度的變化影響有所忽視。
因此，推動(dòng)BMS產(chǎn)業(yè)升級(jí)、增強(qiáng)動(dòng)力電池的安全性迫在眉睫。在采訪過(guò)程中記者了解到，動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)跨越仍需突破三大障礙。林健指出，首先，我國(guó)在BMS核心算法上與國(guó)外存在差距。在控制策略上，國(guó)內(nèi)90%以上的廠家仍然使用安時(shí)積分法加開路電壓計(jì)算充電狀態(tài)。然而，安時(shí)積分法沒(méi)有糾錯(cuò)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(huì)很差，也無(wú)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(jī)會(huì)很少。”林健說(shuō)。
相比之下，林健表示，部分國(guó)外公司早已使用了智能化算法，通過(guò)實(shí)時(shí)在線估算來(lái)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(wú)論是新電池還是老化后的電池，都能保持高精度的超強(qiáng)糾錯(cuò)能力。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)部分廠家也嘗試使用了類似方法，但他們只能估算部分參數(shù)，或在短時(shí)間內(nèi)臨時(shí)使用類似算法。總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)BMS在核心算法上仍需進(jìn)一步提升，只有高精度、高魯棒的算法才能實(shí)現(xiàn)真正的智能化，幫助我國(guó)BMS實(shí)現(xiàn)跨越。
其次，林健指出，關(guān)鍵芯片仍依賴進(jìn)口也是制約我國(guó)BMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板之一。對(duì)此，余雪松告訴記者，目前我國(guó)BMS關(guān)鍵芯片的供給主要依賴瑞薩、英飛凌、TI、博通等國(guó)外企業(yè)，國(guó)內(nèi)尚無(wú)企業(yè)能夠規(guī)模供給。
最后，BMS過(guò)熱管理技術(shù)仍有待提高。余雪松表示：“目前動(dòng)力電池模組多采用風(fēng)冷技術(shù)，而BMS負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)單體電池的發(fā)熱情況，在發(fā)現(xiàn)苗頭的情況下可以采取一定措施進(jìn)行預(yù)防。但一旦單體電池過(guò)熱，就會(huì)缺乏對(duì)過(guò)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?zé)崾Э睾鬅o(wú)法有效處置所致。”
BMS迎來(lái)全新智能發(fā)展時(shí)代
我國(guó)新能源汽車在汽車產(chǎn)銷量中所占比重越來(lái)越大，產(chǎn)銷量呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)之勢(shì)。數(shù)據(jù)顯示，2019年，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量分別為124.2萬(wàn)輛和120.6萬(wàn)輛，均呈上升之勢(shì)。
新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展和新能源汽車的高銷量給BMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)光明前景的同時(shí)，也對(duì)動(dòng)力電池的安全性及BMS產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級(jí)提出了更高的要求，而BMS的智能化無(wú)疑是適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)的必然結(jié)果。
弗迪電池（原比亞迪鋰電）BMS廠長(zhǎng)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(guò)對(duì)電池?cái)?shù)據(jù)的挖掘研究，借助大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)等工具，做故障預(yù)警、模型訓(xùn)練、參數(shù)更新、殘值評(píng)估等很多有意義的事，提升新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值。同時(shí)，信息技術(shù)的進(jìn)步會(huì)使BMS迎來(lái)全新的智能發(fā)展時(shí)代。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，提升電池的智能化控制、整車的智能化響應(yīng)和用戶的智能化體驗(yàn)。
余雪松也表示，汽車智能化將加強(qiáng)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(jìn)一步優(yōu)化，我國(guó)BMS技術(shù)水平將不斷提升。部分企業(yè)會(huì)逐步進(jìn)入核心芯片領(lǐng)域，BMS產(chǎn)業(yè)鏈將不斷完善。同時(shí)，國(guó)家也出臺(tái)了一系列措施推動(dòng)新能源汽車應(yīng)用，加大了對(duì)動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)的支持力度，能夠促進(jìn)BMS產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展。隨著BMS的智能化進(jìn)程，我國(guó)企業(yè)BMS的水平有望進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平之列，并獲得國(guó)內(nèi)外整車企業(yè)的認(rèn)可。
我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)有很大發(fā)展?jié)摿Γ嚓P(guān)規(guī)劃提出，到2025年我國(guó)新能源汽車銷量要超過(guò)200萬(wàn)輛。同時(shí)，我國(guó)BMS市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)增長(zhǎng)，到2025年預(yù)計(jì)接近400億元。梁銳告訴記者，隨著人們對(duì)動(dòng)力電池安全性的關(guān)注和對(duì)BMS需求的增加，我國(guó)BMS產(chǎn)業(yè)會(huì)經(jīng)歷技術(shù)和產(chǎn)品的升級(jí)。為了建立我國(guó)BMS產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)，企業(yè)在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中需要瞄準(zhǔn)國(guó)外高端車企的需求，進(jìn)入國(guó)外高端車企的供應(yīng)鏈。 |
