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我国电池管理系统行业供需情况及发展趋势分析 分布式或将成为BMS主流管理架构

       电池管理系统一般指BMS电池系统。BMS电池系统俗称之为电池保姆或电池管家,主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。

       根据观研报告网发布的《2021年中国电池管理系统行业分析报告-市场运营态势与未来动向研究》显示。BMS产业上游PCB板、电子元器件均为通用材料,供给充足;基于芯片构成的中游相关功能模块,软件是关键核心技术难点;动力电池、消费电池和储能电池等是BMS下游主要应用领域。

电池管理系统产业链

资料来源:观研天下整理

       供给端方面,我国BMS行业参与企业主要包括电池厂商、汽车整车厂、专业第三方BMS企业。从市场份额来看,行业供给以电池厂商为主。观研报告网发布的资料显示,2020年,电池厂商占据国内电池管理系统(BMS)行业46%的市场,专业的BMS厂商和整车厂商占比分别为33%、21%。

我国电池管理系统(BMS)行业参与者分类

类别

优势

代表企业

第一类

电池厂商

掌握整套电池系统的核心技术优势,具备较强的市场竞争力;

以宁德时代、盟固利、国轩高科、微宏动力、中航锂电等为例

第二类

整车厂

在成本和效率等方面优势突出,市场需求稳定可靠;

以比亚迪、北汽新

能源、吉利等为代表

第三类

第三方专业BMIS厂商

核心技术优势突出;

以均胜电子、惠州亿能、深圳科列技术、深圳国新动力、杭州杰能动力等为代表

资料来源:观研天下整理

2020年我国电池管理系统(BMS)行业竞争格局

数据来源:观研天下数据中心整理

       需求端方面,新能源汽车、消费电子、电能储能是我国电池管理系统(BMS)行业主要需求市场。随着技术进步,我国电池管理系统(BMS)三大主要市场需求量持续增长,2018年达110亿元。2019年受新能源汽车补贴下降影响,我国新能源汽车动力电池BMS装机量随之下滑,导致国内电池管理系统行业整体需求规模下降至91亿元。2020年回升至97亿元。

2020年我国电池管理系统(BMS)行业需求市场占比

数据来源:观研天下数据中心整理

2016-2020年我国电池管理系统(BMS)三大主要市场需求规模

数据来源:观研天下数据中心整理

       从行业发展趋势来看,目前,BMS主要有三种管理架构。其中,集中式结构由于成本低、结构简单比较适用于小型车电池包;而分布式可复制性高,能够应用于多种不同的车型电池包,有望成为未来技术发展方向。

电池管理系统(BMS)三种管理架构比较

管理方式

主要特点

优势

劣势

集中式

将所有采集单体电压、电压备份和温度的单元全部集中在一块BMS板上,由整车控制器直接控制继电器控制盒,适用于比较小的电池包

相对而言比较简单,成本较低,通信也比较简单

单体采样线束比较长,设计较为复杂,长线和短线在均衡的时候导致额外的电压压降,适用性较差

分布式

BMU(电池管理控制器)+多个CSC(单体管理单元)方式,将电池模组(模组和CSC一配一的方式)的功能独立分离,大电池包有优势

模组装配过程简化,采样线束固定对容易,线束距离均匀,不存在压降不一的问题

成本较高,需要额外的MCU,总线的电压信息对齐设计也相对复杂

半集中式

BMU+少量大CSC方式,集中式和分布式的组合运用,主要用于模组排布比较奇特的包上

整个系统部件较少,功能集中度高,结构比分布式更简单

分布式和集中式结构的折中,成本较高

资料来源:观研天下整理

       技术方面,目前,BMS主要有三种主要技术。对于BMS而言,主控模块担当“大脑”作用,主要通过热管理、均衡管理、SOC估算、充放电管理、信息交互等技术手段保证电池安全高效工作。SOC估算是BMS运行关键核心技术之一,其精度水平对电池组使用效率影响较大。当前大部分企业对于SOC精度水平基本能够控制在5%左右的水平。

电池管理系统(BMS)主控模块主要技术

技术类别

主要功能

热管理

将温度控制在合理范围内,降低各电池模块间的温度差异

均衡管理

保证电池单体参数一致性,有效地将各单体电池间的差异约束在合理范围内

SOC估算(荷电状态估算)

计算电荷状态,估算电池剩余电量

充放电管理

优化电池充放电过程,保护电池

信息交互

保证数据的实时交互,将数据传回控制端,将命令传至执行端

资料来源:观研天下整理

电池管理系统(BMS)SOC主要技术

类别

具体内容

主要目的

保证SOC维持在合理的范围内是电池系统最为核心的任务,防止由于过充电或过放电对电池的损伤,从而随时预报混合动力汽车储能电池还剩余多少能量

实现的功能

电池剩余容量(SOC)计算

电池可用功率(SOP)预测

电池健康状态(SOH)预测

主要采用的技术方法

安时积分法

(电流)和开路电压标定法

SOC精度水平

部分领先企业最高3%左右

国内一线BMS厂家5%左右

国内二线的BMS厂家5%-10%左右

资料来源:观研天下整理

       均衡管理是BMS另一关键核心技术,被动管理由于成本低目前被国内外企业广泛使用,而主动均衡能有效减小电池间差异,带来更高的效率,未来预计发展空间更大。

电池管理系统(BMS)两种均衡管理办法对比

类别

主动均衡

被动均衡

工作原理

实现电能“取长补短”,充电时将多余电量转移至高容量电芯,放电时将多余电量转移至低容量电芯

实现“截长不补短”,电量高的电池能量变成热量耗散掉

均衡元器件

电容、电感、变压器、DC/DC

电阻

均衡电流

1-10A级别

百毫安(100mA)级别

电池使用效率

效率高

效率较低。不过与高一致性的电芯搭配,会具有很高的性价比

复杂度

故障率

售价

2-3万元

乘用车约0.5万元左右;客车1万元左右;专用车0.8万元左右

BMS企业

科列技术

特斯拉、亿能电子

企业应用代表

上汽、宇通

特斯拉

资料来源:观研天下整理(zlj)

       行业分析报告是决策者了解行业信息、掌握行业现状、判断行业趋势的重要参考依据。随着国内外经济形势调整,未来我国各行业的发展都将进入新阶段,决策和判断也需要更加谨慎。在信息时代中谁掌握更多的行业信息,谁将在未来竞争和发展中处于更有利的位置。



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