BMS如何落地生花

随着纯电动汽车的快速普及，动力电池作为汽车“新三大件”的地位日益提升。与此同时，电池管理系统（BMS）的发展也有了更丰富内涵。

　　伴随锂电池同步发展
　　电池管理系统不只应用于汽车业，只要有锂电池，就有它的用武之处，手机、电脑、无人机等电子产品上都有配备。
　　BMS在汽车上的应用，是伴随着锂离子电池的应用产生的。北京航空航天大学交通科学与工程学院院长杨世春介绍说：“BMS的雏形是锂离子电池保护板，随着纯电动汽车的快速发展，简单的电池保护板难以满足电池状态监测和性能管理的复杂要求，由此BMS诞生。在锂电池保护板的基础上，BMS增加了通信、均衡管理、电池剩余容量（SOC）估算、功率状态（SOP）估算、健康状态（SOH）估算等功能。”
　　1991年，美国能源部与三大汽车公司（通用、福特、克莱斯勒）共同成立先进电池联合体（USABC），建立了专门从事电池及管理系统的测试、实验等研究的实验室和研究机构，这是BMS最早进入汽车领域的开端。此后，众多车企开始重点研究BMS技术，例如日本青森研究所、丰田等。我国在1992年就把电动车开发发展列入“八五”重点科技攻关专项，但由于发展中遇到的实际问题，国家“十五”计划才明确确定电动汽车发展路线，到2001年才开始大规模有组织地研究电动汽车技术，包括电池管理系统的研究也开始受到重视。
　　在特斯拉电池系统工程师刘寻看来，BMS在汽车行业愈发受到关注源于以下几点原因：首先，BMS可满足准确检测电池安全的需求；其次，BMS可延长电池寿命；此外，对电池的精确检测可充分利用剩余电量，增加续驶里程。对于消费者来说，BMS有助于提高车辆性能和安全性。这几点优势足以让BMS成为当前汽车行业的“香饽饽”。
　

BMS市场格局大颠覆
　　如今，BMS在我国正处于快速发展的阶段。2020～2022年，新能源汽车快速普及，BMS装机量呈现爆发式增长，年装机量已超过500万套。据中商情报数据显示，2022年车规级BMS市场规模达到138亿元，如今每一辆新能源汽车至少要配装一套BMS。
　　在激烈的市场竞争中，BMS领域也经历了洗牌阶段。2020年BMS配套企业有110家，到2022年已经缩减到83家，其中前10家BMS企业市场份额提升至81.2％，头部企业聚集度显著提升。
　　随着零部件供应商重视自主开发，BMS的国产化进程也正驶入快车道。刘寻表示，BMS本身硬件并不存在太多技术壁垒，主要是软件迭代，包括热管理系统策略、SOC估算准确性等，这对产品设计和开发提出了新的要求。
　　目前，我国BMS行业参与企业大体分为3种类型：电池厂商、汽车整车企业、专业第三方BMS企业。近年来，整车企业和电池厂商以自主研发或合作开发的形式开展业务，比亚迪、宁德时代、国轩高科、中航锂电等国内动力电池领军企业大多采用BMS＋PACK模式布局，提供电池组和BMS配套，专业第三方BMS企业的市场地位因此受到极大挑战。
　　据了解，目前全球BMS主要厂商包括弗迪电池、特斯拉、宁德时代、比亚迪、华霆动力、联合电子、东软睿驰、亿能电子、力高技术、均胜电子、普瑞均胜、上海捷能、长安汽车、北汽新能源、科列技术、国轩高科等。从电池管理系统行业3大参与主体的电池装机量市场份额来看，整车企业生产的BMS装机量约占总量的21％，电池厂商生产的BMS装机量约占46％，专业的BMS厂商约占据33％。总体来看，电池厂商占据国内电池管理系统行业主要的市场份额。
　　近年来，BMS配套企业的市场格局有了明显变化，均胜电子新能源研究院院长、普瑞均胜副总裁姜钊总结了过去几年头部企业情况：“2020年时，前10家配套企业中共有7家来自第三方BMS企业；而到了2022年，第三方BMS企业仅剩3家，具有整车背景BMS企业占5家，具有电池背景的企业占2家，其中均胜电子就是3家之一。”他表示，相对具有整车企业或电池背景的BMS企业而言，虽然第三方BMS企业客户资源相对弱势，但第三方企业研发资源更集中，技术耕耘更扎实，服务经验更丰富，因此第三方BMS企业在激烈的BMS市场竞争中也有实力和机会去发挥优势，抢占市场份额。均胜电子就是凭借研发积累和沉淀，在BMS技术和客户资源上形成了独特优势，因此才能进入并保持在前10企业行列中。
　　如今，BMS行业头部企业集中优势明显，但新入局者此起彼伏，预计未来几年行业竞争将更加激烈，尤其是中国市场。
　　

软件技术决定性能差距
　　当前BMS仍是纯电动汽车的核心技术之一，各整车企业、零部件供应商、科研机构等都在持续加大研发力度。在未来电动汽车竞争中，拥有性能可靠、价格低廉的电池管理系统，将成为电动汽车的核心竞争力。
　　

据姜钊介绍，BMS在架构设计上主要包括控制模块和采样模块，根据BMS不同功能模块之间的拓扑结构，BMS可以分为集中式和分布式两大类。集中式BMS也称为一体式BMS，是指将BMS主控制模块、电芯采样模块全部集中在一个控制器内，整个通信过程都集中在PCB电路板内部，该架构的BMS设计上可以节约空间和成本，一般适用于电芯较少、模组较小的电池系统，如48V混动系统上。分布式BMS是根据BMS功能划分出控制器主板以及多个控制器从板，这种架构的BMS可以灵活进行线束和空间布置，通常适用于较多电芯数量、较大容量的电池系统，目前在新能源汽车动力电池上普遍应用。
　　

在分布式BMS中，根据主从板之间拓扑连接方式，可以进一步分为星形连接、总线连接和菊花链连接。随着新能源汽车轻量化、低成本、智能化的发展趋势和越来越高的安全要求，BMS技术发展也开始出现诸多分支形式，如云端BMS、无线BMS等。
　　

杨世春认为，在目前BMS系统中，CAN总线是使用最广泛的通讯方式，但随着对成本控制压力越来越大，很多厂家都在向菊花链的方式转变。在现有主流BMS架构中，无论是CAN总线还是菊花链通讯，都是通过实体线束将电池采样芯片联系起来，数据是沿着线束链路进行传递，这种有线传输存在冗余性较差、重量及成本增加、可靠性差等问题，因此无线BMS有可能成为未来发展趋势。
　

虽然对于BMS技术趋势尚未有定论，但有一点可以确定，随着电动汽车的快速发展，针对每个车型项目重新开发BMS是不可行的，无论在时间、人力或是资源成本方面都会造成浪费。基于平台化、模块化，开发出符合战略需要的通用化BMS，势必将是未来企业提升产品竞争力的最有效方式。
　

刘寻介绍说，BMS的技术关键在于软件和芯片，软件上的控制逻辑和建模是企业竞争的最关键要素。
　　

“BMS做出来不难，做好很难，能否提高SOC精确性，进一步提高BMS均衡工作能力是下一步需要攻克的关键。”刘寻表示，BMS的研发难点主要集中在软件控制逻辑和建模。当前BMS市场规模依旧非常可观，锂电池已成为新能源汽车的的主流选择，这也意味着BMS将覆盖全部新能源汽车市场，BMS的重要程度会越来越高。