電動車的核心技術 "電池管理系統 (BMS)"

鋰電池在單體層面其對運行溫度, 電流和電壓區間要求苛刻, 安全性較脆弱且成本較高. 在電池組層面, 其狀態與參數的不一致在後期會加速惡化, 嚴重影響電池包的使用性能, 循環壽命及安全性. 因而需要有 BMS 對電池組的狀態進行監控.

電池系統的熱失控是造成電動汽車自燃的罪魁禍首, 由於構成電池的正負極與電解質材料特性不穩定, 極易出現熱失控現象. 可以通過 BMS 的監測和管理功能進行有效防護與預警, 因而 BMS 對於電池系統安全性至關重要.

BMS 是動力電池系統的重要部件, 占電池組總成本 20%, 通過對二次電池的監控, 有效提高電池利用率, 防止電池過充過放. 主要功能為估測電池剩余電量, 動態監控電池狀況, 識別故障電池, 保持電池組各電芯能量均衡等.

BMS 的作用是即時監控電池荷電狀態並進行電池運行狀態管理, 以避免過充過放, 控制溫度, 保持電池單體的電壓和溫度平衡, 預測電動車的剩餘行駛里程, 保證整個電池 Pack 安全高效運行, 充分發揮電池單體性能, 延長電池壽命. 

以 Model S 為例 BMS 採用了主從架構, 主控制器負責高壓, 絕緣檢測, 高壓互鎖, 接觸器控制, 對外部通信等功能. 從控制器負責單體電壓, 溫度檢測, 並上報主控制器. 主控制器具備主副雙MCU 設計, 副 MCU 可檢測主 MCU 工作狀態.

BMS 可分為集中式, 分散式和模塊式三種類型. 集中式管理系統是將電壓, 溫度的單元全部集中在一塊板上, 由整車控制器直接控制繼電器控制盒. 優點是結構比較簡單, 成本較低, 缺點是單體採樣的線束較長, 導線的設計較為複雜.

分散式是將電池模組的功能獨立分離, 形成了單體管理單元, 電池管理控制器, 繼電器控制器和整車控制器. 優點是可以將模組裝配過程簡化, 採樣線束固定起來相對容易, 線束距離與壓降均勻. 缺點是成本較高, 總線的電壓信息對齊設計相對複雜.

BMS 市場主要的參與者為整車企業, 汽車零部件企業 (如 Denso) 以及電池企業 (如 LGC) . 整車廠憑借對於整車控制和參數匹配的深刻理解, 依靠自身強大的資金實力和技術積累來研發與自己產品需求相匹配的 BMS, 以特斯拉為典型代表.

典型的車用 BMS 由硬件電路, 底層軟件和應用層軟件構成, 其中硬件電路是 BMS 的基礎，其元器件供應商和 PCB 加工制造商構成了 BMS 的產業鏈上游; 軟件系統是 BMS 實現功能的主體, 也是 BMS 的大部分附加值所在.

受益於新能源汽車高增長紅利, 我們判斷 BMS 市場規模三年內有望進入爆發期, 長期有望形成數百億級市場. 2017 年新能源汽車 BMS 約有 54 億元市場規模, 到 2020 年市場空間有望達到 247 億, 到 2025 年 BMS 市場將超過 500 億規模.

台灣的電池管理系統相關概念股有 "精星" (寧德時代 PCBA), "貿聯" (特斯拉線束), "凡甲" (比亞迪連接器), "車王電" (電動巴士), "致茂" (系統測試), "台達電" (電動車解決方案), "台半" (比亞迪 & 寧德時代二極體) 等.