电池管理系统行业研究.docx

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电池管理系统行业研究

电池管理系统行业研究

（一）行业发展概况

作为新能源电动汽车的重要组成部分，电池管理系统与动力电池组、整车控制系统共同构成新能源汽车的三大核心技术，是连接新能源汽车动力电池、整车系统和电机的重要桥梁，不仅对新能源汽车动力电池输出进行实时监控和故障诊断，而且也是参与新能源汽车整车控制和能量调度的核心环节之一，被称为新能源汽车动力电池系统的“大脑”。

电池管理系统通过对新能源汽车的动力电池进行实时监控、故障诊断、电池状态估算、短路保护、漏电监测、显示报警及充放电模式选择等，并通过CAN总线通讯方式与电动汽车控制器或充电机进行信息交互，从而保障新能源汽车安全、可靠、高效运行。

电池管理系统通常是硬件电路、底层软件和应用层软件等软硬件一体架构，一般包含数据采集模块、控制模块、状态估算模块及信息通信模块等，主要任务是确保新能源汽车动力电池系统的安全、可靠，提供汽车控制和能量管理所需的状态信息，且在出现异常情况下对动力电池系统采取适当的干预措施，并根据工作温度、动力电池组和系统状态及电动汽车的策略需求，决策动力电池组的充放电功率，实现尽可能延长动力电池使用寿命的目标。

新能源汽车动力电池的性能和使用寿命对新能源电动汽车的性能和成本具有至关重要的影响，长期以来，动力电池存在如存储能量亟待增加、电池使用寿命亟待延长、串并联使用问题、使用安全性及电池电量估算困难等一系列难题，且不同类型的电池特性相差很大，有效提高电池的性能和延长电池使用寿命价值凸显。

电池管理系统作为保护动力电池使用安全的控制系统，能够为新能源汽车动力电池提供实时监测、充放电进程管理、运行状态估算等多个功能，对新能源汽车安全运行、整车控制策略选择、增加续驶里程、提高电池使用效率、延长电池使用寿命以及降低运营成本等具有十分重要的作用，是动力电池系统中承载“大脑”功能的不可或缺的核心部件。

受益于新能源汽车产业的快速发展，以及消费者对新能源汽车续航能力以及电池安全性能不断提高要求，电池管理系统在动力电池体系中的价值愈发凸显，如何更好的对动力电池组进行全面、高效、精细化的管理就变得十分关键而且非常必要。

为此，新能源汽车动力电池管理系统（BMS）的技术研发得到了世界各汽车工业国家的广泛关注。

1、国外BMS行业发展概况

随着能源危机和环境污染双重压力不断增加，新能源汽车产业进入快速发展期，新能源汽车已成为全球汽车产业发展的大趋势。

近年来，全球主要车企都将新能源电动汽车作为重要发展战略，不断加大新能源电动汽车的相关技术研发和产品开发，在电动汽车发展的同时，电池管理技术也取得了长足的进步。

电池管理系统作为新能源汽车动力电池组的核心部件之一，具有优化电池使用和延长电池寿命的重要功能，是全球汽车发达国家重点研究的新能源汽车产业领域之一。

1991年，美国能源部与三大汽车公司（戴姆勒-克莱斯勒、福特、通用）共同成立的先进电池联合体（USABC），致力于研究和发展先进的电动车能源系统，建立了专门从事电池及管理系统的测试、试验等研究的实验室和研究机构；1997年开始至今，日本青森工业研究中心从持续进行电池管理系统（BMS）实际应用的研究；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；此外，美国通用汽车公司、丹麦锂平衡公司、德州仪器、凌特公司也都积极开展电池管理系统的研发中，并开发了自己的电池管理系统。

近年来，国外比较有代表性的电池管理系统有SmartGuard系统、BADICOaCH系统和BATTMAN系统等。

SmartGuard系统通过一个分布式管理装置装在电池组上，来实现电池的电压和温度的监测，该系统的主要功能包括：

对电池组进行过充检测，并有防止过充的措施；当放电极性反向时，能够报警；对电池的历史工作状态进行记录和归档；能够提供SOC最差的电池单元的信息。

BADICOaCH系统在每个电池单元上面加了一个非线性电路（WLC）来测量电池电压，并通过两条PWM信号输出线来控制充电电流和电压的大小，当最差电池单元出现过放电时，系统能够给出停止使用信号，实现过放保护，并且能够显示最差电池单元剩余电量。

BATTMAN比较注重电池管理系统的灵活性和兼容性，通过在硬件上改变系统跳线和软件上修改参数的方法，实现对不同电池组的管理功能。

2、我国BMS行业发展概况

在国外大力发展电动汽车相关技术的同时，我国高度重视对新能源电动汽车产业的发展，已将电动汽车作为国家能源战略的重要方向，并明确电动汽车将成为我国新能源汽车发展的主力，是国家《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中确定的七大战略性新兴产业之一。

我国新能源汽车电池管理系统的产业发展经历了技术探索期、技术验证期、规模示范期和成熟应用期等四个主要阶段。

早在“十五”期间，科技部积极组织国内多家企业、高校和科研机构进行联合攻关，设立了电动汽车重大研究专项，积极推进BMS研究、开发和工程化应用，取得了一系列的成果和突破。

“十一五”期间，国家将新能源汽车重大专项列入“863”计划，选择将新一代电动汽车技术作为国内汽车科技创新的主要研究方向，并组织企业、高校和科研机构进行联合攻关。

在“十一五”规划中，我国新能源电动汽车产业的发展不仅包括整车动力系统技术平台的搭建，同时还包括整车产品的产业化以及技术配套体系的转型。

在国家第十一个五年计划以及“863”计划的支持下，我国在新能源汽车电池管理系统方面的技术研发取得了较大的进步，以清华大学、北京交通大学、中科院电工所为代表的国内科研单位均致力于电池管理系统的理论研究和技术研发，比亚迪、北汽等国内新能源汽车厂商积极布局动力电池管理系统的研发。

“十二五”时期以来，我国新能源汽车产业受政策支持和技术进步推动而高速发展，作为新能源电动汽车重要部件的动力电池消费量大幅增长，动力电池系统的核心部件动力电池管理系统的装机量也随之大幅增加，我国新能源汽车电池管理系统进入的大规模推广和应用期。

经过多年的技术研发和产品试验，我国新能源汽车电池管理系统的功能较早期逐步完善，检测精度大幅提高，系统的可靠大幅增强。

当前，我国动力电池管理系统在新能源电动乘用车、商用车和专用车等多种车型中获得了广泛的应用，电池管理系统产业规模呈现爆发式增长，技术水平得到较大幅度提升，我国电池管理系统产品具备热管理、充放电管理、安全管理及通信等功能，技术性能接近国际水平。

随着BMS市场需求的大幅增加，我国BMS厂商数量逐步增多，产品类型更加丰富，已形成包含整车厂商、电池PACK厂商和第三方BMS专业厂商等多种类型BMS研发和生产主体并行发展的完整产业链和市场竞争格局，BMS产品正在进入技术创新、产品升级换代和规模化发展的新阶段。

未来，随着我国新能源汽车相关行业标准的不断完善，以及新能源电动汽车的动力电池系统性能逐步升级，我国电池管理系统未来的发展空间十分广阔。

3、BMS行业发展趋势

BMS是新能源汽车动力电池系统的核心部件之一，相比于传统消费类锂电池，新能源汽车动力电池无论是结构的复杂度、所搭载电池的单体个数，还是整体对于安全性能的要求，都使得BMS的重要性尤为突出。

近年来，随着新能源汽车产销量快速增长，极大的促进了BMS行业的发展，但从BMS产业发展趋势看，全球范围内的BMS产业尚处于发展初期阶段，属于新兴产业。

未来，随着电子计算机、信息通讯、大数据和云计算等技术的不断发展，BMS相关软件算法不断优化，以及新能源汽车动力电池性能不断提升，BMS在数据监测精度、可靠性、状态的估算进度和安全管理等诸多方面将会呈现不断的改进与提高，BMS逐步朝着高集成化、高精度、智能化及高效性的趋势发展。

尽管与欧美等汽车发达国家或地区相比，我国BMS产业发展仍有一定的差距，核心元器件和基础算法能力依然较为薄弱、业标准体系仍不完善、产品测试标准较为滞后，但是经过十多年的快速发展，我国BMS行业已经步入快速发展和大规模应用阶段，产业规模快速扩大，我国BMS产品在采样精度、状态估算算法、均衡技术和制造工艺等各方面均获得大幅提升。

随着我国新能源汽车产业的快速发展以及国家对动力电池续航里程、安全性、可靠性等性能要求的不断提高，未来BMS拥有着广阔的发展前景以及巨大的市场发展的潜力。

未来，我国的BMS行业的发展趋势主要表现在以下几个方面：

①高精度管理

数据采集与监测方面，采用高精度和高性能芯片、分布式管理技术以及使用无线通信方式来实现高精度数据传输，确保动力电池在高效、安全的状态下运行；在状态估算技术方面，针对SOC、SOH、SOP等精确状态估算将是未来BMS技术升级的重点领域，基于电池的精确建模，结合信息管理、大数据、自适应的学习算法，实现电池全生命周期的高精度状态估计。

②大数据分析

BMS功能的实现依赖软件算法的智能，而算法的不断优化离不开各环节大量数据的支持，实验室测试数据不能满足BMS先进算法的要求，电池使用过程中的状态数据可以提供更多的样本。

构建集电池数据采集、存储、分析等功能于一体的大数据平台，并对数据进行计算、挖掘和应用，对于BMS技术研发具有十分重要的作用，动力电池运行数据库和大数据分析能力将成为BMS公司的核心竞争力。

③集成化、通用化

随着集成电路技术的发展，新一代主控芯片将集成更多的功能，在各种高低压电气接口、通信协议、电磁兼容等各项技术指标方面逐渐规范，实现功能标准化。

此外，随着生产工艺的成熟和产业规模增大，电池管理系统的集成化和通用化已经成为发展趋势，实现在不同的车型项目中使用相同电子元器件、功能模块。

④智能化

实现智能化充电操作，充电结束自动断开内部充电设备，方便快捷。

利用人工智能等先进技术学习并优化电池管理策略，提升电池系统安全性，实现BMS本身具备在线自我学习、不断进化的能力。

⑤主动均衡技术

主动均衡技术可改善成组电池的一致性，减缓成组电池的衰减，提升成组电池的使用寿命。

作为节能、环保、绿色的均衡方式，是未来研究的方向，尤其是随着动力电池的梯次利用的发展，主动均衡可以极大的提高梯次电池的使用效率。

未来均衡技术的研究重点将均衡拓扑、均衡策略以及均衡的稳定可靠性上，实现均衡的最优控制。

⑥电池诊断技术

电池的诊断技术是近年来逐渐被重视的技术，它要求电池管理系统非常了解电池的特性，能在电池工作或者闲置的时候判定电池是否已经失效或者存在着将要失效的风险，先进的电池诊断技术还包括如何衡量电池包内电池的一致性，电池组自激活、自修复等功能。

（二）市场分析

近年来，我国新能源汽车产业受政策支持和技术进步推动而高速发展，作为新能源纯电动汽车核心部件之一，BMS受到下游新能源汽车产业需求拉动，产业规模随之大幅增长，未来市场空间广阔。

当前，我国新能源汽车电池管理系统已经广泛运用于新能源纯电动乘用车、商用车和专用车等多个领域，随着动力电池市场的高速扩张，BMS需求也将呈现快速增长趋势。

1、新能源汽车产业持续快速增长

随着2009年国家工信部发布《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》，我国开始进行新能源汽车的示范推广工作，该文件规定了新能源汽车企业和产品的准入条件，对处于不同技术阶段的产品，工信部将采取分别管理，在明确概念与准入条件的同时，标志着我国新能源汽车进入提速阶段。

近年来，国家为加快新能源汽车产业化进程，国家和地方政府各部门相继出台了一系列相关政策性文件，为我国新能源汽车推广应用及行业健康快速发展提供了强有力的政策支持和良好的政策环境，助推我国新能源汽车产业持续快速增长。

2015年，《中国制造2025》将节能与新能源汽车列为十大支持重点突破发展的领域之一，提出“推动自主品牌节能与新能源汽车同国际先进水平接轨”；2016年，《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，将新能源汽车产业确定为国家七大战略性新兴产业之一，提出推动新能源汽车、新能源和节能环保产业快速壮大，构建可持续发展新模式，推