BMS蓄电池管理系统行业分析概要

蓄电池管理系统(EMS行业分析一、EMS基本概念电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM电池管理系统(BMS是电池与用户之间的纽带,主要对象是二次电池。二次电池存在下面的一些缺点,如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的,不同类型的电池特性亦相差很大。电池管理系统(BMS主要就是为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。随着电池管理系统的发展,也会增添其它的功能。电池管理系统(BMS是电动汽车的核心,对整车的安全运行、整车控制策略的选择、充电模式的选择以及运营成本都有很大的影响。电池管理系统无论在车辆运行过程中还是在充电过程中都要可靠的完成电池状态的实时监控和故障诊断,并通过总线的方式告知车辆集成控制器或充电机,以便采用更加合理的控制策略,达到有效且高效使用电池的目的。二、BMS与新能源汽车蓄电池管理系统(BMS,通常被业内称为新能源汽车电池的“大脑”,与动力电池组、整车控制系统共同构成新能源汽车的三大核心技术。由于其在新能源汽车产业中特有的重要性,越来越受到业内“追捧”,同时也蕴藏了巨大商机。电动车辆在后期维护中的消耗资金95%是用于电池的维护,而维护工作量的90%是用于对电池的维护,而有效的电池管理系统可以减轻至少一半的维护量,并使电池报废量减少一半。2011年8月18日,科技部、财政部、工信部和发改委等四部委在联合发布的新能源汽车示范推广“安全令”关于加强节能与新能源汽车示范推广安全管理工作的函中强调:“对投入示范运行的插电式混合动力汽车、纯电动汽车要全部安装车辆运行技术状态实时监控系统,特别是要加强对动力电池和燃料电池工作状态的监控。”2011年4月1日,发改委发布了外商投资产业指导目录修订征求意见稿,其中包括:“新能源汽车关键零部件外资比例不超过50%”一项,对国外新能源汽车行业关键技术企业进入中国市场进行了部分限制。三、技术难度电动汽车上的蓄电池组,通常都是由120个左右的单体电池串连起来进行工作。N个单节蓄电池串联成的蓄电池组的可靠性只有单节可靠性的1/N。电池组投入使用以后,其实际容量状态总是从均衡状态逐步向不均衡状态发展。而一组蓄电池中,容量最低的单节,以“桶板原则”的方式制约着蓄电池组的容量。蓄电池组的实际可使用容量数值,就是容量最低的单节容量数值。在充放电过程中,BMS要确保电池容量最低的电池不发生过充电或不过放电,做到这一点,电池就不会发生过早的非循环使用性损坏。为了保证这一点,就需要对每一块单体电池进行管理,而电池管理系统还必须根据电池规格、容量等客户要求进行专门定制,在电池整体价格中占有相当的比重(如果采用进口产品价格会非常高昂。现在市场上BMS流行的方法是根据原始放电数据,经充放电循环后计算容量的增减量予以显示。这种方法是静态的测量,但电动车辆上的电量转换成化学能要受到的牵制因素非常多,精确计算的难度相当大,由于计算产生的偏差会积累,最后显示的数据就会误导用户错误地使用蓄电池。近几年来多家电动汽车在运营中出现的事故或问题,绝大多数都与不够完善的电池管理系统脱不了干系。尽管汽车电源系统将电池组看作单个高压电池,每次都对整个电池组进行充电和放电,但电池控制系统必须独立考虑每个电池的情况。如果电池组中的一个电池容量稍微低于其他电池,那么经过多个充电/放电周期后,其充电状态将逐渐偏离其它电池。如果这个电池的充电状态没有周期性地与其它电池平衡,那么它最终将进入深度放电状态,从而导致损坏,并最终形成电池组故障。为防止这种情况发生,每个电池的电压都必须监视,以确定充电状态。此外,必须有一个装置让电池单独充电或放电,以平衡这些电池的充电状态。车载电池器件之间在不同的电压上给进行通信带来了难以克服的挑战。许多国内企业面对这个挑战,只能选择退而求其次,选择“权宜之计”。有的电动汽车厂商在找不到有效的电池管理系统之前,只能用降等的方式来使用电动车辆,电池组只能降等在“限制适用范围”内工作,而不能在“合理适用范围内工作”,这样蓄电池组的结构容量就无法发挥出来。目前许多正在应用的电动汽车对自己的电池组都有这样的限制。有的中小企业干脆使用铅酸电池,这样就不需要车载BMS系统,维护工艺也较锂电池简单的多。但铅酸电池在轻型化、小型化以及续航里程方面已经没有太大的发挥空间,所以绝大部分汽车厂商最终还是选择锂电池作为最主要动力来源,而BMS系统的发展与锂电池的技术完善,将直接决定新能源汽车的推广速度。四、BMS研发现状目前在国外主流的电动车辆厂家和设计公司,包括萨博轿车、日产帅客、宝马MiniE等,都非常关注BMS的主动均衡功能。日本青森工业研究中心从1997年开始至今,仍在持续进行电池管理系统(BMS实际应用的研究1;美国Villanova大学和USNanocorp 公司已经合作多年对各种类型的电池SOC进行基于模糊逻辑的预测;丰田、本田以及通用汽车公司等都把BMS纳入技术开发的重点。我国在十五期间设立电动汽车重大专门研究项目,经过几年的发展之后,在BMS方面取得很大的突破,与国外水平也较为接近。国内专门生产BMS系统的中小企业也不下百家。然而真正能够做到上车应用的国产产品就已经不多,能够大规模投产的更是寥寥无几,多数只能对静态储能电池组进行管理。与国外相比,我国BMS在数据采集的可靠性、电池的荷电状态(SOC的估算精度、热管理、均衡、安全管理等方面有很大不足。很多企业的单体、小模块电池测试结果和成组后的结果差异很大,主要表现在单体电池符合安全和性能标准,而一旦成组,在安全、寿命、放电能力等方面就难以保证合格。四、BMS市场前景依据多家证券机构的预测:作为动力和储能电池组中不可或缺的重要部件,电池管理系统的市场规模正随着锂电池同步迅速扩张,预计到2020年全球BMS需求市场可达360亿元以上,是目前市场容量的160倍(价格在目前基础上下降一半的情况下,年平均增势67%。按照2012年国家节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年,到2015年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆;到2020年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆,燃料电池汽车、车用氢能源产业与国际同步发展。依据上述条件可估算国内BMS的市场规模为:2015年,国产BMS 的市场需求约为50亿元左右(平均价格按2万元/套考虑,到2020年,国产BMS的市场需求约为100亿元左右(平均价格按1万元/套考虑,将占全球BMS需求市场的三分之一左右。五、发展趋势 中国新能源汽车的投入在 2008 年以后进入到加快实施的阶段。 在 2009 年 3 月颁布的 汽车产业调整与振兴规划 中， 已经提出 2015 年形成 50 万辆新能源汽车产能， 这一近期目标与 2020 年新能源汽车 产销 200 万辆的远期目标相结合， 基本勾勒出我国未来十年新能源汽 车的产业图景。可以预计，包括本项目产品在内的蓄电池管理系统 （BMS）将伴随我国新能源汽车产业的发展快速增长，并有可能在智 能电网、风能、光伏、通信等领域实现更多的应用。 参考文献： 1、 整车企业面临新能源汽车发展三重任务 ，第一财经日报，2010-09-13 2、 360 亿市场无人敢碰？新能源的神秘商机 ，电动车时代网，2011-06-30 3、 被我们低估的电动汽车商机：电池管理系统 BMS ，智能电网，2011-06-27 4、 电池技术成电动车行业瓶颈，难绕专利墙 ，华夏时报，2011-07-02 日 5、 动力电池成组检测曝出“漏洞” ，中国汽车报，2011-08-22 6、 锂离子电池系统存在的技术难题 ，陆地方舟，2013-04-19 7、 无序的 BMS ，汽车商业评论，2013-7-1 8、 中国新能源汽车电池管理系统（BMS）存很大缺陷 ，汽车商业评论，201