BMS蓄電池管理系統(tǒng)行業(yè)分析概要

1、蓄電池管理系統(tǒng) (EMS 行業(yè)分析一、 EMS 基本概念電池管理系統(tǒng) (BATTERY MANAGEMENT SYSTEM 電池管理系統(tǒng) (BMS 是電池與用戶之間的紐帶 ,主要對(duì)象是二次電池。二次電池存在下面的一些缺點(diǎn) ,如存儲(chǔ)能量少、壽命短、串并聯(lián)使用問題、使用安全性、電池電量估算困難等。電池的性能是很復(fù)雜的 ,不同類型的電池特性亦相差很大。電池管理系統(tǒng) (BMS 主要就是為了能夠提高電池的利用率 ,防止電池出現(xiàn)過度充電和過度放電 ,延長(zhǎng)電池的使用壽命 ,監(jiān)控電池的狀態(tài)。隨著電池管理系統(tǒng)的發(fā)展 ,也會(huì)增添其它的功能。電池管理系統(tǒng) (BMS 是電動(dòng)汽車的核心 ,對(duì)整車的安全運(yùn)行、整車控制策略

2、的選擇、充電模式的選擇以及運(yùn)營(yíng)成本都有很大的影響。電池管理系統(tǒng)無(wú)論在車輛運(yùn)行過程中還是在充電過程中都要可靠的完成電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷 ,并通過總線的方式告知車輛集成控制器或充電機(jī) ,以便采用更加合理的控制策略 ,達(dá)到有效且高效使用電池的目的。二、 BMS 與新能源汽車蓄電池管理系統(tǒng) (BMS, 通常被業(yè)內(nèi)稱為新能源汽車電池的 “大腦 ”,與動(dòng)力電池組、整車控制系統(tǒng)共同構(gòu)成新能源汽車的三大核心技術(shù)。由于其在新能源汽車產(chǎn)業(yè)中特有的重要性,越來(lái)越受到業(yè)內(nèi) “追捧 ”,同時(shí)也蘊(yùn)藏了巨大商機(jī)。電動(dòng)車輛在后期維護(hù)中的消耗資金 95%是用于電池的維護(hù) ,而維護(hù)工作量的 90%是用于對(duì)電池的維護(hù) ,而

3、有效的電池管理系統(tǒng)可以減輕至少一半的維護(hù)量 ,并使電池報(bào)廢量減少一半。2011 年 8 月 18 日,科技部、財(cái)政部、工信部和發(fā)改委等四部委在聯(lián)合發(fā)布的新能源汽車示范推廣 “安全令 ”關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能與新能源汽車示范推廣安全管理工作的函中強(qiáng)調(diào) : “對(duì)投入示范運(yùn)行的插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車要全部安裝車輛運(yùn)行技術(shù)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),特別是要加強(qiáng)對(duì)動(dòng)力電池和燃料電池工作狀態(tài)的監(jiān)控。 ”2011 年 4 月 1 日,發(fā)改委發(fā)布了外商投資產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄修訂征求意見稿 ,其中包括 : “新能源汽車關(guān)鍵零部件外資比例不超過 50%”一項(xiàng) ,對(duì)國(guó)外新能源汽車行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)企業(yè)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)進(jìn)行了部分限制。三、技術(shù)

4、難度電動(dòng)汽車上的蓄電池組 ,通常都是由 120 個(gè)左右的單體電池串連起來(lái)進(jìn)行工作。 N 個(gè)單節(jié)蓄電池串聯(lián)成的蓄電池組的可靠性只有單節(jié)可靠性的 1/N。電池組投入使用以后 ,其實(shí)際容量狀態(tài)總是從均衡狀態(tài)逐步向不均衡狀態(tài)發(fā)展。而一組蓄電池中 ,容量最低的單節(jié) ,以“桶板原則 ”的方式制約著蓄電池組的容量。蓄電池組的實(shí)際可使用容量數(shù)值 ,就是容量最低的單節(jié)容量數(shù)值。在充放電過程中 ,BMS 要確保電池容量最低的電池不發(fā)生過充電或不過放電 ,做到這一點(diǎn) ,電池就不會(huì)發(fā)生過早的非循環(huán)使用性損壞。為了保證這一點(diǎn) ,就需要對(duì)每一塊單體電池進(jìn)行管理 ,而電池管理系統(tǒng)還必須根據(jù)電池規(guī)格、容量等客戶要求進(jìn)行專門定

5、制 ,在電池整體價(jià)格中占有相當(dāng)?shù)谋戎?(如果采用進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格會(huì)非常高昂?，F(xiàn)在市場(chǎng)上 BMS 流行的方法是根據(jù)原始放電數(shù)據(jù) ,經(jīng)充放電循環(huán)后計(jì)算容量的增減量予以顯示。這種方法是靜態(tài)的測(cè)量 ,但電動(dòng)車輛上的電量轉(zhuǎn)換成化學(xué)能要受到的牽制因素非常多 ,精確計(jì)算的難度相當(dāng)大 ,由于計(jì)算產(chǎn)生的偏差會(huì)積累 ,最后顯示的數(shù)據(jù)就會(huì)誤導(dǎo)用戶錯(cuò)誤地使用蓄電池。近幾年來(lái)多家電動(dòng)汽車在運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的事故或問題 ,絕大多數(shù)都與不夠完善的電池管理系統(tǒng)脫不了干系。盡管汽車電源系統(tǒng)將電池組看作單個(gè)高壓電池 ,每次都對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行充電和放電 ,但電池控制系統(tǒng)必須獨(dú)立考慮每個(gè)電池的情況。如果電池組中的一個(gè)電池容量稍微低于其他電池

6、,那么經(jīng)過多個(gè)充電 /放電周期后 ,其充電狀態(tài)將逐漸偏離其它電池。如果這個(gè)電池的充電狀態(tài)沒有周期性地與其它電池平衡 ,那么它最終將進(jìn)入深度放電狀態(tài) ,從而導(dǎo)致?lián)p壞 ,并最終形成電池組故障。為防止這種情況發(fā)生 ,每個(gè)電池的電壓都必須監(jiān)視 ,以確定充電狀態(tài)。此外 ,必須有一個(gè)裝置讓電池單獨(dú)充電或放電 ,以平衡這些電池的充電狀態(tài)。車載電池器件之間在不同的電壓上給進(jìn)行通信帶來(lái)了難以克服的挑戰(zhàn)。許多國(guó)內(nèi)企業(yè)面對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn) ,只能選擇退而求其次 ,選擇 “權(quán)宜之計(jì) ”。有的電動(dòng)汽車廠商在找不到有效的電池管理系統(tǒng)之前 ,只能用降等的方式來(lái)使用電動(dòng)車輛 ,電池組只能降等在 “限制適用范圍 ”內(nèi)工作 ,而不能在

7、“合理適用范圍內(nèi)工作 ”,這樣蓄電池組的結(jié)構(gòu)容量就無(wú)法發(fā)揮出來(lái)。目前許多正在應(yīng)用的電動(dòng)汽車對(duì)自己的電池組都有這樣的限制。有的中小企業(yè)干脆使用鉛酸電池 ,這樣就不需要車載 BMS 系統(tǒng) ,維護(hù)工藝也較鋰電池簡(jiǎn)單的多。但鉛酸電池在輕型化、小型化以及續(xù)航里程方面已經(jīng)沒有太大的發(fā)揮空間 ,所以絕大部分汽車廠商最終還是選擇鋰電池作為最主要?jiǎng)恿?lái)源 ,而 BMS 系統(tǒng)的發(fā)展與鋰電池的技術(shù)完善 ,將直接決定新能源汽車的推廣速度。四、 BMS 研發(fā)現(xiàn)狀目前在國(guó)外主流的電動(dòng)車輛廠家和設(shè)計(jì)公司 ,包括薩博轎車、日產(chǎn)帥客、寶馬 MiniE 等,都非常關(guān)注 BMS 的主動(dòng)均衡功能。日本青森工業(yè)研究中心從1997 年開

8、始至今 ,仍在持續(xù)進(jìn)行電池管理系統(tǒng)(BMS實(shí)際應(yīng)用的研究 1; 美國(guó) Villanova 大學(xué)和 USNanocorp 公司已經(jīng)合作多年對(duì)各種類型的電池 SOC 進(jìn)行基于模糊邏輯的預(yù)測(cè);豐田、本田以及通用汽車公司等都把BMS 納入技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)。我國(guó)在十五期間設(shè)立電動(dòng)汽車重大專門研究項(xiàng)目 ,經(jīng)過幾年的發(fā)展之后 ,在 BMS 方面取得很大的突破 ,與國(guó)外水平也較為接近。國(guó)內(nèi)專門生產(chǎn) BMS 系統(tǒng)的中小企業(yè)也不下百家。然而真正能夠做到上車應(yīng)用的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品就已經(jīng)不多 ,能夠大規(guī)模投產(chǎn)的更是寥寥無(wú)幾 ,多數(shù)只能對(duì)靜態(tài)儲(chǔ)能電池組進(jìn)行管理。與國(guó)外相比 ,我國(guó) BMS 在數(shù)據(jù)采集的可靠性、電池的荷電狀態(tài) (S

9、OC 的估算精度、熱管理、均衡、安全管理等方面有很大不足。很多企業(yè)的單體、小模塊電池測(cè)試結(jié)果和成組后的結(jié)果差異很大 ,主要表現(xiàn)在單體電池符合安全和性能標(biāo)準(zhǔn) ,而一旦成組 ,在安全、壽命、放電能力等方面就難以保證合格。四、 BMS 市場(chǎng)前景依據(jù)多家證券機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè) :作為動(dòng)力和儲(chǔ)能電池組中不可或缺的重要部件 ,電池管理系統(tǒng)的市場(chǎng)規(guī)模正隨著鋰電池同步迅速擴(kuò)張 ,預(yù)計(jì)到 2020 年全球 BMS 需求市場(chǎng)可達(dá) 360 億元以上 ,是目前市場(chǎng)容量的 160 倍 (價(jià)格在目前基礎(chǔ)上下降一半的情況下 ,年平均增勢(shì) 67%。按照 2012 年國(guó)家節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020 年 ,到 20

10、15年 ,純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量力爭(zhēng)達(dá)到50 萬(wàn)輛 ;到 2020 年,純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車生產(chǎn)能力達(dá)200 萬(wàn)輛、累計(jì)產(chǎn)銷量超過500 萬(wàn)輛 ,燃料電池汽車、車用氫能源產(chǎn)業(yè)與國(guó)際同步發(fā)展。依據(jù)上述條件可估算國(guó)內(nèi) BMS 的市場(chǎng)規(guī)模為 :2015 年,國(guó)產(chǎn) BMS 的市場(chǎng)需求約為 50 億元左右 (平均價(jià)格按 2 萬(wàn)元 /套考慮 ,到 2020 年,國(guó)產(chǎn) BMS 的市場(chǎng)需求約為 100 億元左右 (平均價(jià)格按 1 萬(wàn)元 /套考慮 ,將占全球 BMS 需求市場(chǎng)的三分之一左右。五、發(fā)展趨勢(shì) 中國(guó)新能源汽車的投入在 2008 年以后進(jìn)入到加快實(shí)施的階段。在 2009 年

11、3 月頒布的 汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整與振興規(guī)劃 中， 已經(jīng)提出 2015 年形成 50 萬(wàn)輛新能源汽車產(chǎn)能， 這一近期目標(biāo)與 2020 年新能源汽車 產(chǎn)銷 200 萬(wàn)輛的遠(yuǎn)期目標(biāo)相結(jié)合， 基本勾勒出我國(guó)未來(lái)十年新能源汽 車的產(chǎn)業(yè)圖景?？梢灶A(yù)計(jì)，包括本項(xiàng)目產(chǎn)品在內(nèi)的蓄電池管理系統(tǒng) （BMS ）將伴隨我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展快速增長(zhǎng)，并有可能在智能電網(wǎng)、風(fēng)能、光伏、通信等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更多的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)： 1、 整車企業(yè)面臨新能源汽車發(fā)展三重任務(wù)，第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)， 2010-09-132、 360 億市場(chǎng)無(wú)人敢碰？新能源的神秘商機(jī)，電動(dòng)車時(shí)代網(wǎng)， 2011-06-303、 被我們低估的電動(dòng)汽車商機(jī)：電池管理系統(tǒng)BMS ，智能電網(wǎng)， 2011-06-27 4、 電池技術(shù)成電動(dòng)車行業(yè)瓶頸，難繞專利墻，華夏時(shí)報(bào)， 2011-07-02 日5、 動(dòng)力電池成組檢測(cè)曝出 “漏洞 ” ，中國(guó)汽車報(bào)， 2011-08-22 6、 鋰離子電池系統(tǒng)存在的技術(shù)難題 ，陸地方舟， 2013-04-19 7、 無(wú)序的 BMS ，汽車商業(yè)評(píng)論， 2013-7-1 8、 中國(guó)新能源汽車電池管理系統(tǒng)（ BMS）存很大缺陷 ，汽車商業(yè)