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電動汽車電池管理系統(BMS)是連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶,其主要功能是通過檢測動力電池組中各單體電池的狀態來確定整個電池系統的狀態,并根據它們的狀態對動力電池系統進行對應的控制調整和策略實施,實現對動力電池系統及各單體的充放電管理,保證動力電池系統安全穩定地運行。
圖1 汽車電池管理系統的作用
BMS由硬件電路、底層軟件和應用層構成,其中硬件電路是BMS的基礎,其元器件供應商和PCB加工制造商構成了BMS的產業鏈上游;軟件系統是BMS實現功能的主體,也是BMS的大部分附加值所在;BMS的下游包括了車用動力電池系統的主要應用對象,包括新能源乘用車與新能源商用車生產商等。
上游:BMS原材料
BMS硬件由一塊主控板和多塊從控板構成,主要由電源、MCU(主/從控芯片)、采樣IC(ASIC芯片)、其他IC、RTC、EEPROM和CAN模塊等元器件組成。其中,MCU和采樣IC是BMS硬件中的核心元器件,成本分別占BMS物料成本的10%和40%左右。采樣IC是具備采樣功能的專用集成電路芯片,BMS中主要是為采集電壓、電流和溫度數據,國內廠家所采用的解決方案基本都來自國外半導體廠商,如電壓采樣IC主要來自凌特(LTC系列,美國)、美信(MAX系列,美國)、德州儀器(TI系列,美國)、飛思卡爾(MC系列,歐洲)等,我們預計在短期內國產芯片不具備競爭力,這導致國內廠商在采樣IC領域的議價能力較差,硬件成本短時間內難以實現大幅度下降。
軟件模塊是BMS功能的核心,主要由底層軟件和應用層軟件組成。底層軟件是連接硬件與應用層軟件的橋梁,應用層軟件用于實現BMS的主要功能,包括狀態估計、高低壓管理、充放電管理、均衡控制和故障診斷等功能模塊,其性能直接決定BMS管理電池包能力的大小,也是BMS的主要附加值所在。
中游:BMS供應商
BMS供應商主要負責硬件電路的設計和軟件功能的開發,BMS的硬件成本構成其主要銷售成本,軟件功能構成其主要附加值。隨著生產規模的擴大與技術的成熟,硬件電路呈現同質化的趨勢,BMS供應商的核心競爭力將體現在軟件功能的研發能力上。BMS供應商根據不同規格和容量的電芯產品設計電池管理系統,以提高電池的利用率,防止電池出現過充電和過放電,延長電池的使用壽命,監控電池的狀態。
下游:PACK與整車廠商
BMS的產業鏈下游主要是PACK廠商和整車廠商。PACK廠商根據整車產品的不同性能、使用要求選擇不同的電芯、電源管理系統方案、制造工藝等進行新能源電池封裝的設計與生產。整車產品包括純動力汽車和混合動力汽車等新能源汽車。從終端需求來看,由于不同類型車輛電壓等級和電芯的不同,需要由不同數量的電池模塊串聯。國外的BMS從設計開始,就由整車廠牽頭主導,然后找第三方設計公司進行產品設計,最后找生產企業進行生產,三方共同決定電池包的BMS匹配方案;而從中國來看,BMS從設計到量產的過程中,整車廠僅是買方身份,沒有太多參與權和決定權。
結語
作為新能源汽車的關鍵技術,BMS產業鏈還不是很成熟,雖然近年來已經有很大程度提升,產業鏈很多環節已經全面商業化,但在上游和中游,數據的可靠性、SOC的估算精度和安全管理等技術層面的問題都有待進一步改進和優化。伴隨著新能源汽車的不斷發展,未來BMS市場規模將持續擴大,研發投入力度會持續加強,技術也會不斷取得突破,BMS的產業鏈會逐步發展完善。
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