增强动力电池的安全性需突破三大障碍

近年来，特斯拉、比亚迪等新能源汽车走进了千家万户，新能源汽车“满街跑”成为了城市交通的一景，而“新基建”的建设更是为新能源汽车装上了“助推器”。作为其中最关键的部件之一，动力电池成为业内关注的焦点，电池安全则成为重中之重。近期，广东清远、山东青岛以及广东惠州等地接连发生新能源汽车自燃事故，动力电池起火的新闻频发，为电池的安全性蒙上阴影。

电池管理系统（BMS）作为动力电池组的核心部件，是衔接电池组、整车系统和电机的纽带，能够对电池进行有效的管理和控制，保证动力电池的安全性，因此世界各国对此都投入了大量人力和物力开展深入研究。

BMS市场“三分天下”

新能源汽车的普及使得全球BMS市场规模不断扩大。赛迪智库电子信息研究所副所长余雪松向《中国电子报》记者介绍，2019年全球BMS产值规模约60亿美元，预计2025年将超过120亿美元。2019年我国新能源汽车产量达124.2万辆，约占全球的57%，BMS市场规模约为240亿元。

欣旺达电子股份有限公司副总裁梁锐告诉记者，现阶段参与布局BMS的企业共有三类，为整车企业、动力电池企业和专业第三方BMS企业，市场呈现出“三分天下”的局面。长期的研发积累以及雄厚的资金实力让整车企业在BMS产业具备较强竞争力。余雪松表示，目前国内外汽车厂商，如特斯拉、通用和比亚迪等，均有团队负责BMS的研发。业内人士林健博士表示，国内几乎所有整车厂都在做BMS，没有能力的车企也将其提上了日程。

动力电池企业掌握了从电池芯到电池包的整套技术，对电芯的研发和生产等环节轻车熟路。据悉，目前知名动力电池企业有松下、三星、LG、宁德时代、比亚迪和欣旺达等。梁锐指出，电池和整车的相互连接是一个重要的前提，动力电池企业仍需加深对车企需求的了解。

专业第三方BMS企业在整车厂供应链中具有重要地位。梁锐向记者介绍，当前处于竞争前列的第三方BMS企业有博世、海拉、普瑞和亿能电子等。梁锐指出，第三方BMS企业在把握车企需求和相互协作等方面存在一定劣势，因而生存空间受限。余雪松也表示，目前第三方BMS企业正面临来自整车企业和动力电池企业的“双重夹击”。“近年来，BMS市场正呈现以下发展特点：逐步向头部企业集中，中小企业市场份额持续萎缩；在整车企业和动力电池企业的双向挤压下，第三方企业的生存空间不断缩小。”余雪松对记者说。

动力电池实现跨越仍需突破三大障碍

BMS是动力电池安全的“保护伞”，其成本约占动力电池模块成本的10%。余雪松告诉记者，BMS能估测电池的荷电状态，检测电池的使用状态，管控电池的循环寿命，并在充放电过程中对电池系统的加热、冷却及温度均衡性进行调节。

不同的BMS模块发挥着不同的功能。林健指出，BMS系统通常包括检测模块与运算控制模块。检测是指测量电芯的电压、电流和温度以及电池组的电压，然后将这些信号传给运算模块进行处理并发出指令。控制模块一般包括硬件、底层基础软件和应用层软件。其中最核心的部分是应用层软件。应用层软件一般分为两部分：电池状态的估算算法和故障诊断以及保护。

既然BMS不同模块的协同作用能保证动力电池的安全，为何新能源汽车电池失火事件仍频频发生？对此，林健表示，电池制造是主要原因，但BMS在不少情况下也有不可推卸的责任，比如只考虑电池的平均状况而不考虑每个电池的特殊情况，或是只考虑电池恒温时的状态，对温度的变化影响有所忽视。

因此，推动BMS产业升级、增强动力电池的安全性迫在眉睫。在采访过程中记者了解到，动力电池实现跨越仍需突破三大障碍。林健指出，首先，我国在BMS核心算法上与国外存在差距。在控制策略上，国内90%以上的厂家仍然使用安时积分法加开路电压计算充电状态。然而，安时积分法没有纠错能力，在电池老化或电池温度变化较大的情况下，电流的精度会很差，也无法考虑到每节电池的特殊情况。“为了提高精度，控制算法普遍采用开路电压修正，但只能在充电开始或最后阶段修正，因此小电流修正误差较大，修正机会很少。”林健说。

相比之下，林健表示，部分国外公司早已使用了智能化算法，通过实时在线估算来估算出电池的所有等效参数，从而精确地估算出电池组的状态，因此无论是新电池还是老化后的电池，都能保持高精度的超强纠错能力。近年来，国内部分厂家也尝试使用了类似方法，但他们只能估算部分参数，或在短时间内临时使用类似算法。总体来说，我国BMS在核心算法上仍需进一步提升，只有高精度、高鲁棒的算法才能实现真正的智能化，帮助我国BMS实现跨越。

其次，林健指出，关键芯片仍依赖进口也是制约我国BMS产业发展的短板之一。对此，余雪松告诉记者，目前我国BMS关键芯片的供给主要依赖瑞萨、英飞凌、TI、博通等国外企业，国内尚无企业能够规模供给。

最后，BMS过热管理技术仍有待提高。余雪松表示：“目前动力电池模组多采用风冷技术，而BMS负责监测单体电池的发热情况，在发现苗头的情况下可以采取一定措施进行预防。但一旦单体电池过热，就会缺乏对过热电池的精确处置手段。新能源汽车发生起火事故，往往是单体电池热失控后无法有效处置所致。”

BMS迎来全新智能发展时代

我国新能源汽车在汽车产销量中所占比重越来越大，产销量呈现逐年增长之势。数据显示，2019年，我国新能源汽车产销量分别为124.2万辆和120.6万辆，均呈上升之势。

新能源汽车行业的快速发展和新能源汽车的高销量给BMS产业发展带来光明前景的同时，也对动力电池的安全性及BMS产业的优化升级提出了更高的要求，而BMS的智能化无疑是适应这一发展趋势的必然结果。

弗迪电池（原比亚迪锂电）BMS厂长邓林旺表示，BMS可以将电池的数据采集后上传云端，通过对电池数据的挖掘研究，借助大数据和机器学习等工具，做故障预警、模型训练、参数更新、残值评估等很多有意义的事，提升新能源汽车产业链价值。同时，信息技术的进步会使BMS迎来全新的智能发展时代。随着新能源汽车的智能化，BMS将作为电池和车、云的控制沟通枢纽，提升电池的智能化控制、整车的智能化响应和用户的智能化体验。

余雪松也表示，汽车智能化将加强BMS与车载系统协同，充电状态、均衡管理等算法有望进一步优化，我国BMS技术水平将不断提升。部分企业会逐步进入核心芯片领域，BMS产业链将不断完善。同时，国家也出台了一系列措施推动新能源汽车应用，加大了对动力电池关键技术的支持力度，能够促进BMS产业的整体发展。随着BMS的智能化进程，我国企业BMS的水平有望进入国际先进水平之列，并获得国内外整车企业的认可。

我国新能源汽车市场有很大发展潜力，相关规划提出，到2025年我国新能源汽车销量要超过200万辆。同时，我国BMS市场规模将持续增长，到2025年预计接近400亿元。梁锐告诉记者，随着人们对动力电池安全性的关注和对BMS需求的增加，我国BMS产业会经历技术和产品的升级。为了建立我国BMS产业的优势，企业在未来发展的过程中需要瞄准国外高端车企的需求，进入国外高端车企的供应链。
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