电动汽车电池管理系统（BMS）现状分析

汪世国

（同济大学，上海 201800）

电动汽车电池管理系统（BMS）现状分析

汪世国

（同济大学，上海 201800）

电控技术作为新能源汽车三大关键技术之一，相对于电池和电机技术成熟度更低，对外进口依赖度更高，因此对实现自主研发生产的要求更为迫切。文章以电控系统中最为关键的电池管理系统作为研究对象，通过文献收集、专家访谈以及实地调研等研究方法，从技术、产品（产业链）、市场和资金投入四个维度来分析我国电动汽车电池管理系统现状。

电池管理系统；市场分析；技术分析；产业链

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

引言

在全球能源紧张以及环境恶化的大背景下，汽车产业被迫转型，电动汽车被视为当代汽车发展的方向。我国发展电动汽车已有十余年，政府和企业不断加大对电动汽车产业的支持和投入，迫切希望提升我国电动汽车的自主研发能力。2001年，我国启动“863”计划电动汽车重大专项，建立了“三纵三横”开发布局，其中“三横”为多能源动力总成控制系统、电机及其控制系统、电池及其管理系统。

电动汽车技术自主研发至今，技术难题愈发明显，其中动力电池的安全性和续航性最为关键，这也是制约电动汽车商业推广的瓶颈之一。动力电池的安全性和续航性除了电池自身的因素决定外，电池管理系统（BMS）也是其重要的决定因素。优异

的电池管理系统不仅能保障电动汽车的安全性和续航里程，还能延长动力电池的使用寿命。

1、BMS关键技术

电池管理系统通过检测电池的电压、充放电电流和电池组温度来估测电池的剩余容量（SOC），控制电池充放电均衡，并对电池组进行热管理和与车载监控系统、充电机进行CAN通讯，实现协调控制和优化充电，保障电池安全和延长电池寿命。在BMS众多功能中，以SOC估计、均衡控制和热管理最为核心。

SOC是判断电池过充以及过放等一系列故障的基础，它的确定是BMS的重点。同时由于SOC在电池使用过程中表现为高度的非线性，准确估计SOC具有很大难度。传统的SOC估算方法有开路电压法、内阻法和安时法，近年来出现的新型估算方法有模糊逻辑算法模型、自适应神经模糊推断模型、线性模型法以及卡尔曼滤波估计模型等。均衡控制是为保证电池单体的参数一致性，分为主动均衡和被动均衡。被动均衡属于能量耗散型，控制过程中存在能量流失，是一种较简单、较实用的均衡方法。主动均衡属于能量非耗散型，是最有效率的均衡控制方法，但技术成熟度不如被动均衡。目前市场上的BMS有主动均衡控制，也有被动均衡控制。BMS热管理的主要任务是使电池工作在适当的温度范围内和降低各个电池模块之间的温度差异。热管理不当会影响电池的使用寿命，甚至会引起电池的安全问题。热管理系统的关键技术有：①确定电池最优工作温度范围；②电池热场计算及温度预测；③传热介质选择；④热管理系统散热结构设计；⑤风机与测温点选择。目前电动汽车最常用的温度控制方法是使用车载空调器。

2、产品及产业链分析

2.1 BMS成本占比

就目前的产品而言，电池系统约占整车成本的50%，而电池管理系统约占电池系统成本的20%（见图1），因此电池管理系统约占整车成本的10%。

2.2 原材料进口情况

追溯BMS产业链上游，其原材料主要有PCB、电子元器件和嵌入式软件等。目前在BMS上游的众多原材料中，国内的企业可以提供PCB和一些可靠性要求不高的电子元器件，近70%的核心元器件需要依赖进口，其中光耦占到30%，主要进口国为日本。这些核心元器件随着采购量的增多单价会有所下降，但仍属于卖方定价。国内原材料供应企业由于生产设备制造精度不够等原因，生产的核心元器件故障率高，可靠性不足。在软件方面，国内BMS企业的研发处于世界领先水平，实验室阶段的SOC估算精度能达到2%。

2.3 BMS定价

据调研了解到，目前BMS的价格和其所管理的单体电池数量呈正相关，约为100～150元/串，电动乘用车用BMS价格为1～1.5万元区间。由于BMS技术尚不够成熟以及未规模化生产，当前BMS价格处于高位。在未来随着电路板和芯片技术的成熟和逐渐量产化，BMS价格会呈现下降的趋势。据湘财证券预测，至2020年，BMS价格会下降40%左右。

3、BMS市场分析

目前我国从事BMS研发生产的企业在50～60家，技术掌握程度和生产规模参差不齐，这和国外不到10家且专业度较高的情况不一致。这从一个侧面反映出我国BMS行业仍处于起步阶段，还未形成一个成熟市场。造成这种局面的原因有两个：一是我国BMS技术尚不成熟，众多做电池的企业纷纷兼做BMS；二是BMS市场属于定制化生产，各整车企业采购的BMS企业不集中。

在所统计的47家BMS企业中，近1/3分布在广东地区，其次以上海、浙江居多。据了解，国内锂电池企业也以广东省最多，约占全国20%左右。BMS企业分布和电池企业分布有一定程度上的关联。

47家BMS企业中，超50%的企业兼做BMS，只有11%的企业专门从事BMS的研发生产。目前，国内主要的BMS生产企业有哈尔滨冠拓、惠州亿能、合肥国轩高科、安徽力高和宁波拜特等。在新能源汽车产量有限的情况下，各主要BMS生产企业的产值均在几千万元水平，其中哈尔滨冠拓2010年产值为2000万，安徽力高2012年产值为2800万元。

在市场份额方面，目前惠州亿能占据国内市场最高份额，约为40%，安徽力高市场份额约为30%。国内BMS企业主要分为三类：一类是看准BMS市场潜力而独立注册成立的BMS企业，如安徽力高；一类是由电池或其他零部件生产企业兼做或转投做BMS的企业，如惠州亿能、合肥国轩等；还有一类是整车企业专门成立子公司研发生产电控零部件，如杭州杰能动力（众泰汽车子公司）。目前国内BMS企业以第二类居多。

在销售方式上，BMS有两种销售模式，一种是和动力电池捆绑成电池包销售，还有一种是独立销售。

4、资金投入

据调研合肥某家BMS企业了解到，2012年该公司对产品的资金投入占到其年销售额的50%。这些资金主要用于三个方面：研发投入；生产设备、人员和试验投入；市场投入。

产品投入资金的来源绝大部分是生产企业自有资金，来自政府方面的资金占比很小，以科技部科研项目的申请经费为主。目前国家新能源汽车资金扶持政策存在一定的缺陷，国家财政扶持资金纷纷流向整车企业，对零部件企业的扶持力度不够。

5、小结

文章主要从技术、产品（产业链）、市场和资金投入四个方面电池管理系统行业进行了简单的梳理。详细分析了BMS的SOC估算、均衡控制和热管理三大关键技术，介绍了BMS上游原材料的进口依赖情况、市场定价方法以及BMS企业分布和市场份额分配情况，最后讨论了国家财政对BMS企业扶持力度不足的现状。

[1] 姜久春.电池管理系统的概况和发展趋势[J].新材料产业.2007.(8):40-43.

[2] 符晓玲，商云龙，崔纳新.电动汽车电池管理系统研究现状及发展趋势[J].电力电子技术.2011.45(12):27-30.

[3] 司康.电动汽车核心技术之动力电池及管理系统介绍（三）—电池管理系统及其关键技术[J].轻型汽车技术.2012.11（12）:31-36.

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

汪世国，硕士研究生，就读于同济大学，研究方向：新能源汽车产业化。

中央高校基本科研业务费专项资金资助（同济大学校内编号20102938）及同济大学重点建设项目（项目编号119220）的资助。