汪世國

（同濟(jì)大學(xué)，上海 201800）

電動汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）現(xiàn)狀分析

汪世國

（同濟(jì)大學(xué)，上海 201800）

電控技術(shù)作為新能源汽車三大關(guān)鍵技術(shù)之一，相對于電池和電機(jī)技術(shù)成熟度更低，對外進(jìn)口依賴度更高，因此對實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)生產(chǎn)的要求更為迫切。文章以電控系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的電池管理系統(tǒng)作為研究對象，通過文獻(xiàn)收集、專家訪談以及實(shí)地調(diào)研等研究方法，從技術(shù)、產(chǎn)品（產(chǎn)業(yè)鏈）、市場和資金投入四個維度來分析我國電動汽車電池管理系統(tǒng)現(xiàn)狀。

電池管理系統(tǒng)；市場分析；技術(shù)分析；產(chǎn)業(yè)鏈

CLC NO.:U469.79Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)02-65-03

引言

在全球能源緊張以及環(huán)境惡化的大背景下，汽車產(chǎn)業(yè)被迫轉(zhuǎn)型，電動汽車被視為當(dāng)代汽車發(fā)展的方向。我國發(fā)展電動汽車已有十余年，政府和企業(yè)不斷加大對電動汽車產(chǎn)業(yè)的支持和投入，迫切希望提升我國電動汽車的自主研發(fā)能力。2001年，我國啟動“863”計(jì)劃電動汽車重大專項(xiàng)，建立了“三縱三橫”開發(fā)布局，其中“三橫”為多能源動力總成控制系統(tǒng)、電機(jī)及其控制系統(tǒng)、電池及其管理系統(tǒng)。

電動汽車技術(shù)自主研發(fā)至今，技術(shù)難題愈發(fā)明顯，其中動力電池的安全性和續(xù)航性最為關(guān)鍵，這也是制約電動汽車商業(yè)推廣的瓶頸之一。動力電池的安全性和續(xù)航性除了電池自身的因素決定外，電池管理系統(tǒng)（BMS）也是其重要的決定因素。優(yōu)異

的電池管理系統(tǒng)不僅能保障電動汽車的安全性和續(xù)航里程，還能延長動力電池的使用壽命。

1、BMS關(guān)鍵技術(shù)

電池管理系統(tǒng)通過檢測電池的電壓、充放電電流和電池組溫度來估測電池的剩余容量（SOC），控制電池充放電均衡，并對電池組進(jìn)行熱管理和與車載監(jiān)控系統(tǒng)、充電機(jī)進(jìn)行CAN通訊，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化充電，保障電池安全和延長電池壽命。在BMS眾多功能中，以SOC估計(jì)、均衡控制和熱管理最為核心。

SOC是判斷電池過充以及過放等一系列故障的基礎(chǔ)，它的確定是BMS的重點(diǎn)。同時由于SOC在電池使用過程中表現(xiàn)為高度的非線性，準(zhǔn)確估計(jì)SOC具有很大難度。傳統(tǒng)的SOC估算方法有開路電壓法、內(nèi)阻法和安時法，近年來出現(xiàn)的新型估算方法有模糊邏輯算法模型、自適應(yīng)神經(jīng)模糊推斷模型、線性模型法以及卡爾曼濾波估計(jì)模型等。均衡控制是為保證電池單體的參數(shù)一致性，分為主動均衡和被動均衡。被動均衡屬于能量耗散型，控制過程中存在能量流失，是一種較簡單、較實(shí)用的均衡方法。主動均衡屬于能量非耗散型，是最有效率的均衡控制方法，但技術(shù)成熟度不如被動均衡。目前市場上的BMS有主動均衡控制，也有被動均衡控制。BMS熱管理的主要任務(wù)是使電池工作在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)和降低各個電池模塊之間的溫度差異。熱管理不當(dāng)會影響電池的使用壽命，甚至?xí)痣姵氐陌踩珕栴}。熱管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)有：①確定電池最優(yōu)工作溫度范圍；②電池?zé)釄鲇?jì)算及溫度預(yù)測；③傳熱介質(zhì)選擇；④熱管理系統(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；⑤風(fēng)機(jī)與測溫點(diǎn)選擇。目前電動汽車最常用的溫度控制方法是使用車載空調(diào)器。

2、產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)鏈分析

2.1 BMS成本占比

就目前的產(chǎn)品而言，電池系統(tǒng)約占整車成本的50%，而電池管理系統(tǒng)約占電池系統(tǒng)成本的20%（見圖1），因此電池管理系統(tǒng)約占整車成本的10%。

2.2 原材料進(jìn)口情況

追溯BMS產(chǎn)業(yè)鏈上游，其原材料主要有PCB、電子元器件和嵌入式軟件等。目前在BMS上游的眾多原材料中，國內(nèi)的企業(yè)可以提供PCB和一些可靠性要求不高的電子元器件，近70%的核心元器件需要依賴進(jìn)口，其中光耦占到30%，主要進(jìn)口國為日本。這些核心元器件隨著采購量的增多單價會有所下降，但仍屬于賣方定價。國內(nèi)原材料供應(yīng)企業(yè)由于生產(chǎn)設(shè)備制造精度不夠等原因，生產(chǎn)的核心元器件故障率高，可靠性不足。在軟件方面，國內(nèi)BMS企業(yè)的研發(fā)處于世界領(lǐng)先水平，實(shí)驗(yàn)室階段的SOC估算精度能達(dá)到2%。

2.3 BMS定價

據(jù)調(diào)研了解到，目前BMS的價格和其所管理的單體電池數(shù)量呈正相關(guān)，約為100～150元/串，電動乘用車用BMS價格為1～1.5萬元區(qū)間。由于BMS技術(shù)尚不夠成熟以及未規(guī)?；a(chǎn)，當(dāng)前BMS價格處于高位。在未來隨著電路板和芯片技術(shù)的成熟和逐漸量產(chǎn)化，BMS價格會呈現(xiàn)下降的趨勢。據(jù)湘財證券預(yù)測，至2020年，BMS價格會下降40%左右。

3、BMS市場分析

目前我國從事BMS研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)在50～60家，技術(shù)掌握程度和生產(chǎn)規(guī)模參差不齊，這和國外不到10家且專業(yè)度較高的情況不一致。這從一個側(cè)面反映出我國BMS行業(yè)仍處于起步階段，還未形成一個成熟市場。造成這種局面的原因有兩個：一是我國BMS技術(shù)尚不成熟，眾多做電池的企業(yè)紛紛兼做BMS；二是BMS市場屬于定制化生產(chǎn)，各整車企業(yè)采購的BMS企業(yè)不集中。

在所統(tǒng)計(jì)的47家BMS企業(yè)中，近1/3分布在廣東地區(qū)，其次以上海、浙江居多。據(jù)了解，國內(nèi)鋰電池企業(yè)也以廣東省最多，約占全國20%左右。BMS企業(yè)分布和電池企業(yè)分布有一定程度上的關(guān)聯(lián)。

47家BMS企業(yè)中，超50%的企業(yè)兼做BMS，只有11%的企業(yè)專門從事BMS的研發(fā)生產(chǎn)。目前，國內(nèi)主要的BMS生產(chǎn)企業(yè)有哈爾濱冠拓、惠州億能、合肥國軒高科、安徽力高和寧波拜特等。在新能源汽車產(chǎn)量有限的情況下，各主要BMS生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)值均在幾千萬元水平，其中哈爾濱冠拓2010年產(chǎn)值為2000萬，安徽力高2012年產(chǎn)值為2800萬元。

在市場份額方面，目前惠州億能占據(jù)國內(nèi)市場最高份額，約為40%，安徽力高市場份額約為30%。國內(nèi)BMS企業(yè)主要分為三類：一類是看準(zhǔn)BMS市場潛力而獨(dú)立注冊成立的BMS企業(yè)，如安徽力高；一類是由電池或其他零部件生產(chǎn)企業(yè)兼做或轉(zhuǎn)投做BMS的企業(yè)，如惠州億能、合肥國軒等；還有一類是整車企業(yè)專門成立子公司研發(fā)生產(chǎn)電控零部件，如杭州杰能動力（眾泰汽車子公司）。目前國內(nèi)BMS企業(yè)以第二類居多。

在銷售方式上，BMS有兩種銷售模式，一種是和動力電池捆綁成電池包銷售，還有一種是獨(dú)立銷售。

4、資金投入

據(jù)調(diào)研合肥某家BMS企業(yè)了解到，2012年該公司對產(chǎn)品的資金投入占到其年銷售額的50%。這些資金主要用于三個方面：研發(fā)投入；生產(chǎn)設(shè)備、人員和試驗(yàn)投入；市場投入。

產(chǎn)品投入資金的來源絕大部分是生產(chǎn)企業(yè)自有資金，來自政府方面的資金占比很小，以科技部科研項(xiàng)目的申請經(jīng)費(fèi)為主。目前國家新能源汽車資金扶持政策存在一定的缺陷，國家財政扶持資金紛紛流向整車企業(yè)，對零部件企業(yè)的扶持力度不夠。

5、小結(jié)

文章主要從技術(shù)、產(chǎn)品（產(chǎn)業(yè)鏈）、市場和資金投入四個方面電池管理系統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行了簡單的梳理。詳細(xì)分析了BMS的SOC估算、均衡控制和熱管理三大關(guān)鍵技術(shù)，介紹了BMS上游原材料的進(jìn)口依賴情況、市場定價方法以及BMS企業(yè)分布和市場份額分配情況，最后討論了國家財政對BMS企業(yè)扶持力度不足的現(xiàn)狀。

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Current situation analysis of electric vehicle battery management system

Wang Shiguo

（Tongji University, Shang 201800）

As one of the three key technologies of electric vehicle, electronic control technology has lower technical maturity and higher import dependence relative to battery and motor technology, therefore it becomes more urgent to achieve independent research and production. This paper takes battery management system, the most critical part of electronic control system, as the research object, and analyzes the current situation of electric vehicle BMS from four dimensions of technology, product(chain), market and capital investment by using the methods of literature review, expert interviews and field research.

Battery Management System; Market analysis; Technology analysis; Chain

U469.79

A

1671-7988(2014)02-65-03

汪世國，碩士研究生，就讀于同濟(jì)大學(xué)，研究方向：新能源汽車產(chǎn)業(yè)化。

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助（同濟(jì)大學(xué)校內(nèi)編號20102938）及同濟(jì)大學(xué)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號119220）的資助。