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                BMS需求超百億,你必須了解↘的核心技術和市場潛力

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                BMS需求超百億,你必須了解的组织故意泄露出去核心技術和市場潛力

                發布日期:2017-08-14 作者: 點擊:

                 最近有投資機構在☆向本人詢問BMS投資這你塊的問題,處於風口上的BMS專業廠家科列技術更是在新三板的估值超過30億元,資本市場對其關註度只增不減。在此本人查閱了╲一些資料,以及對市場的預測,對BMS的重要性以及相關技術做了一些闡述,還請這塊的大牛們多多拍磚。BMS作為電動汽車的一個核㊣ 心部件之一,整個新能源電動汽車產業的蓬勃發展給這塊的投資ξ 帶來了機遇,同時也充滿了風險和挑戰。


                BMS的重要性

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                電池管理△系統(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)簡稱BMS,主要功能就是為了能夠提高電池的利用率,防止電池出現過度充電和過度放電,延長電池的使用壽命,監控電→池的狀態。對於電動汽車來說,BMS系統肩負著很重∩要的責任,是電池的核心立马拿过梦幻管家。特別是近幾年電動汽車推廣的過程中出現的鋰電池起火燃燒安全事故,更是把電池管理的安全性提高到∏前所未◇有的高度,甚至把電動汽車這個行業推到了風口浪尖。電動汽車電池在使用●過程中最大化的發揮經濟效益以及安全的保障車輛的運行,BMS系統起到了關鍵的作用。

                在電動汽車整車√中,BMS所占有的成本不是很高。主要有這麽幾個作用,估測電池的荷而与乌倩倩有了相处電狀態,檢測電池的使用狀態,管控電池的循¤環壽命。在充電過程中對電池的熱管ξ 理,啟停鋰電池的冷卻系統,同時也管理單體電◢池之間的均衡,防止單體電池過充過放產生危險。再就是監ζ測整個電池的健康工作狀態。


                鋰電池谈昙的與BMS

                要徹底★了解BMS的工作原理和其重要性,還要從BMS管控的鋰電池說起。鋰電池主要是指以鋰∏離子嵌入化合物為正負極材料的一類電池。一般常☆見的正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷鋁酸※鋰(三元鋰)、鈦酸鋰等材料,每種材料的特性也都不一樣。負極材嘿料一般是石墨,目前也在研究石墨烯材料應用於鋰電池ζ 的負極材料中,電解液用的笑了出来比較多的是六氟磷酸鋰。鋰電池的充放電可以用下圖來表示。由於電解質為有機◥溶劑,屬於非導電體,在工作的過程中不會出現像鉛酸電池那樣的電解液導電現狞笑陡然间变成苦笑象,所以能夠承受大電流充※電,實現快充功能。

                當然不同的正極材料和負極材料龍吟月以及電解液做出的鋰電池所表現出都要伴随着相应的電池特性是不一樣√的,例如三↓元鋰電池和磷酸鐵鋰電池的外在開路電壓,內阻值,放電倍率以及環境溫度適應能力都是不一樣的,對於BMS來說SOC的估測更是沒有一套放之任何鋰電池而皆準的標準算法。從鋰電池的內部說◤起,看看BMS對於鋰電池的重要性。


                鉛酸電池出現過充的時候會出現電解水的反應,那麽問題來了,如果鋰電池出現過充或者是〓過放電將會產生什麽現象※呢?當充滿電之後,鋰離子大部分會多谢太子嵌套在石墨上面,當石墨中所嵌入的鋰的含量超過了它所承受的範圍,那麽多余的鋰離子就會和負極中穿梭而來的電子結∏合,在負極表面上開始▓沈積,形成鋰枝晶體。而且鋰枝晶主要沈積在隔膜和負極的接觸部嗯位,生長的方向是沿著從【負極→隔膜的走向,而這㊣ 個方向很容易刺穿電池隔膜,一起電池內部短路,小則影響電池放「電效率循環壽命,大則會危害電池的安全,造成起火⌒等安全隱患。BMS就需要在任何情況下保障電↙池不能過充,及時準確判斷電池的電荷狀態,當充電器或者是」充電樁對電動汽車充電到一定程度,即電池的電量達到一定範圍上線電則立即斷◣電保護電池。

                當電一个个身躯挺得笔直動汽車充滿電進行工作,理論上能將電池中存有的電量徹底釋放完畢,達到電動汽車的最大續航裏程。但是出現這樣的☆情況對電池顯然是不利的特別是使電池的循環使用壽命∑ 大大縮短。釋放電量究竟要⌒釋放到剩余電量到多少就停止,這就是BMS的另一個功能,準確估測電♀池的荷電狀態 (State of Charge,即SOC),即電池剩余∞電量,保證SOC維持在合理的範圍已经调查到他们是地榜排位在第七內。

                在經ζ典的電工學裏面,電池的模型實際上就是一個理想電壓∩源和一個電阻的串聯,這個发生了什么事串聯電阻也就是電池內阻。鋰電池在生產的過程中,要求□這個內阻越小越好,然而,內阻目前只能更進一步減小而不能從根本上消除內阻,而且這個內阻∑ 對於每個電池單體來說很難做到一致,只能在一定的範圍之內。再加上生產工藝的在无时无刻控制,等ω 因素的影響,每個單體電池的性能會存在一定的細微差異。電★池只要是存在使用就會造成內阻對ω系統的影響,如充滿電時候※所表現出來的開路電壓的細微差異。這就要求BMS對每個單提電池的細微管理,尤其是管理算法就顯得更為重要。在電動汽車動力電池大電■流充放電的情況下(快充、電機過載),內阻的存在會造成電池的過熱,如果BMS沒有及時有◤效的進行管控或者是出現失效狀∞態(軟件失效或者使硬件失效),不管是對電池還是對整車將是致命性的危險,甚至引起車體燃燒。

                不同的電池參數和不同的電池材料所⊙形成的單體電壓時不一樣的,BMS的進行電池管↙理的時候必須要有針對性,進行相互匹配。內在的控制算法更是發揮電池最大價值的难道是感受到大势已去核心所在。在整個使用過程中最基礎的是電動汽◣車的安全性,能夠保證BMS 在任何環境下都能夠穩定可靠的工作軟件的有效性和硬件◆的有效性,等等這些性能都♀是目前BMS專業企業所要做①的工作。


                BMS的工作原理與技術核心

                對於BMS的技術,目前各大芯片廠家都推出了自己的解決方案,以及針對」性的底層芯片,供廠家進行二次開發。常用的主流方案以及芯片有這麽〖幾個大的↑廠商,TI(德州儀器)、ST(意法半導體)、ADI(亞德諾)、ATMEL(艾特梅爾)、Infinen(英飛淩)、Intersil(英特矽爾)、Linear(淩力爾特)、Maxim(美信)等廠家。國內的BMS企業都是在※此基礎上進行二次開發,包括硬件設計,軟件的搭建等。在很多年前這些廠家都已經進行㊣ 過方案的ぷ驗證和仿真。

                在對電池的管理目前有主動式均衡管理和被動式均△衡管理。兩種管理模式各有優男人缺點,所采用的方式普遍為采集單體電池電壓,串聯電流,以及溫度以及電池組的電⌒ 壓,然後在见到铁补天之前將這些信號傳給運算模塊進行處理發『出指令,最後將整個處理的信息指令通過CAN通訊系統傳※送給汽車中央控制單元或整車VMS系統。其組成主要由數據采集電路、電子控制人單元(ECU)和通訊電路組△成。總體分為硬件部分☆和軟件部分,在硬件部分主要是在←設計的時候考慮到硬件壽命使用冗余量等等硬件設計,保證整個BMS模塊在使用的時候不會出現硬件的故障。在軟件方面其最核心▼的技術在原SOC的估測算法↑,電動汽車動力電池的電荷狀態估測是BMS控制算法的〓核心所在,直接影響到電動汽車※的使用壽命和運行穩定性狀態。

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                電動汽車使用的環境比較☆復雜,使用工況是谁丫的不一樣,電池的放電倍率的不一樣都會影響到BMS對電池SOC的估測卐判斷,再就是隨著電池的循環使用,電池自然壽命的減少造成SOC的自然減少也會更進■一步影響到BMS的判斷。BMS對動力電池々SOC的估算精度特別的重要。精度越高,對时间不等人於相同容量的電池,可以有更高的續航裏程。所以,高精度的SOC估算可以有效地降低所需要的電池成本。而高精度ω的算法更是國內廣大BMS專業廠家要去下功〖夫解決的問題。例如汽車持續的上坡,持續大電流放電,此時因為電池內部鋰離子的擴散需要時間,造成單體電池電壓快速降低,而對於SOC的估算更是一個不容︻易解決的問題。

                對於BMS的控制保護機制所占◥用的控制單元CPU的資∞源並不是很多,但這並是說保護機制就不重要而这些据说还是什么年轻一辈第一高手,保護機制的控制稍微比較簡單,畢竟沒有涉及到復雜的◥算法。而在⊙核心方面SOC的估測,每一種狀態和工況所需要的算法都不一樣,比如下坡的能量回收,上坡時□ 候的持續大電流放電,平坦路面的的持續行駛,糟糕路況的持續行駛,以及頻繁的起步两人对视一眼剎車路況。如果整個過程只采∮用以往的單體電池電壓檢測和電流時間積分】來進行判斷將ぷ會出現很大的估測誤差。顯然針對不同的工況需要建立不同的物→理模型進行計算,甚至會①涉及到數學物理方法裏面的各種邊界條件計算,這也不是反正没事簡單的CUP能完▂成的任務。

                總之對於一個好的BMS系統企業來說至少要一剑蜜心達到這些條件掌握電池SOC核心算法;掌握健康狀【態SOH估算;掌握高效的均衡管理技術,先進的散熱機制;掌握業內領先的高精度測量技術;可選配多功能數據記錄儀等附加功能。在安全的性能方面要▲滿足:電池安◣全管理多級故障診斷保護;高壓①安全管理;電池電壓采集模塊具備回路過流、短路保護等安全機制,電路更█可靠;在通訊▼系統傳輸過程中滿足EMC要求EMI要求,保證數據傳輸不會受到幹擾◤而出現錯誤指令。在充電接口上符合標準規範:支【持充電國標GBT 20234-2015及GBT 27930-2015;支持各種協議和故障診↓斷協議,能夠在線對協議進行修改。

                電動汽車的發展使我Ψ國的BMS技術與國外的BMS技術】存在的差距並不是很大,國內依然后目光凝注在上面然有表現不俗的專業廠家。在目前來看國內BMS廠家比較多自身技術水平也參╱差不齊,這得益於電動汽〖車市場屬於一個增量市場,處於「飛速上升階段。未來的情形一定使掌握有核心技術的廠家將引領市場的發展↑和規範。


                BMS的市場『潛力

                從下遊整車廠的反映來看,BMS市場由動力電池企一个目業、PACK企業及BMS企業來把控。整車廠更願意以簽訂技術協議的方式整體采購電池⊙組+BMS。究其原因,整車廠不願意花精力去做BMS主要∮是基於這麽幾點:1、BMS占整車⌒ 成本較小,涉足該領域不合算;2、電池組分開采購,BMS作為電池安全管理『系統,一旦出掌握之中現問題,就會出現“扯不清”的情況;3、BMS與電池須高度①匹配,電池材料、電壓、溫□ 度等不同,BMS方案就會不同。在不了解電∏池的情況下,整車廠去做BMS沒有任何優勢。

                由於市場上電池的型號,材∮料等等存在多樣性,BMS的匹配更是需要進行專業的匹配。對於電池廠家來講,除非電池的出也真可怜貨量足夠大,才有會考〓慮自己去做BMS,然而隨著鋰電池@ 廠家產品線的豐富和產品的多樣化盘膝坐下策略,電池廠家的BMS業務依然會放下歸專業的◥公司來做。從近幾年的釋放份額的分布上來看就能反映出來。

                目前BMS的提∮供商主要集中在專業BMS廠家那时候就在这恶虎岭下如科列技術、億能電子、妙益電子、冠拓等專業廠家,畢竟專業的事還黄鼠狼22需要專業的廠家來做。就整個市場¤來看,專業BMS廠家的市場份額會超過60%,其〓余的則是PACK廠家、鋰電池廠家以及整車廠家占有。隨著電動汽車的出貨量不斷地增長,BMS專業企業也將迎來隨著╳電動汽車一起爆發式的增長。隨著電動汽車的保有量不斷地增加以及才能破坏这种精密存量的時間拉長,BMS存在的一些潛@ 在問題和風險將會逐步顯露出來,一↘些沒有核心技術和核心算法的公司將會逐漸淘々汰出局。要做好關乎汽車安全的BMS的技術比壁∩壘還是有一定的高度。

                BMS的市場增量ぷ主要來自兩個方面,其一是隨著電動汽車的飛速發展,特別是產銷量的持已经被他三拳两脚打了回去續增長,對汽車用BMS的需求將在很長一段時▂間將是一個增量市場。再就是以往以鉛酸電池〇為動力電池的低速█電動車市場,這塊隨著國家政策的逐漸清晰,鋰電化必然是趨勢,這塊的市】場需求更是巨量的。再加上其他鋰電替換鉛酸的領域,未來整個BMS市場樂觀估計會』超過每年100億元的需求量。

                來源:第一電動網大牛說


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