中国汽车电池管理系统(BMS)行业产业链全景、政策规划、需求规模、竞争格局及发展趋势
分析
一、新能源汽车组成结构
新能源汽车主要由电机系统、电池系统、电控系统及车身系统组成,其中电机系统、电池系统、电控系统是新能源汽车的动力总成系统,是核心部件。电机系统主要包括电机、减速器、逆变器硬件以及电机控制器,是新能源汽车的驱动装置。电池系统包括电芯、高压配电单元、电池管理系统(BMS)及线束,是新能汽车的动力源泉。电控系统即整车控制器,可以采集电机控制系统信号、电池管理系统信号、加速踏板信号和其他部件信号,可以综合分析驾驶员的驾驶意图并作出响应判断,还可以监控下层的各控制器的控制信号,是新能源汽车的大脑(类似于传统燃油车的行车电脑)。车身系统主要包括底盘、车身骨架以及照明、空调等辅助系统,是新能源汽车的整体架构。
二、汽车电池管理系统(BMS)功能及分类
BMS中文称电池管理系统,用作对电池包进行实时监控,提供剩余电量、电池状态、电流等信息,能防止电池过充、过放、过压、过流、过高温,其优劣直接决定着动力电池组的使用寿命;一个合适的电池管理系统能够在充分发挥电池优越性能的同时,给予电池最佳的保护,保证电池性能,延长电池寿命,降低电动汽车运行成本。
电池管理系统(BMS)的基本框架包括动力电池包壳体及密封保护的硬件模块、高压分析盒(BDU)及BMS控制器。动力电池包壳体及密封保护的硬件模块由泄压管路、热管理零件及母线互联零件等部件组成,主要功用为检测单体电池温度和电压,并及时均衡单体电池电压。BDU由熔丝、主接触器、预充电接触器及其他接触器等部件组成,主要用来分析系统高压情况,并在故障情况下及时切断电路。BMS控制器主要由各类传感器、控制器及相关运算逻辑组成,主要用来检测动力电池剩余电量百分比(SOC)、动力电池当前容量相对额定容量百分比(SOH)、安全状态等信息。
BMS通过模块化的方式实现各项功能,包括采集模块、主控模块、通信模块和显示模块等。采集模块是BMS的工作基础,实现监测功能;基于采集模块传回的数据,主控模块会进行数据分析,动态制定电池
管理策略,具有热管理、均衡管理、SOC估算、充放电管理、信息交互等功能;通信模块负责BMS各模块间通信,以及BMS与整车之间的通信。
通常根据BMS的结构将其归纳为三大类∶分散式,集中式以及集成式。
三、世界汽车电池管理系统(BMS)行业发展历程及现状
BMS的原型是保护板,锂电池具有不稳定性,保护板可以保证其正常运行。随着新能源的快速发展,复杂和大型锂电池组被广泛使用,简单的保护板已不能满足需求,由此BMS诞生。在满足保护板功能的基
础上,BMS还增加了通信、均衡管理、电池剩余容量(SOC)估算等功能。20世纪末,电池管理系统的发展始于美国,其研究水平相对领先。此外,德国汽车工业的发达也带动了其电池管理系统的发展。21世纪以来,随着全球电动汽车的快速普及,丰田、本田、通用、特斯拉等汽车企业陆续将BMS纳入技术开发,成为BMS产业的骨干;
从2021年到未来,专业BMS厂商将逐步成为行业的主要参与者,并引领行业发展。
近年来全球新能源汽车产量快速增长,带动BMS产品需求爆发。2021年全球汽车电池管理系统市场规模达33.41亿美元,较上年增长94.4%。
四、汽车电池管理系统(BMS)行业上下游产业链
BMS行业上游行业主要是电阻、电容等电子元器件、芯片、PCB板、结构件、包装材料等行业,PCB板是电子元器件装载的基板,是BMS 各功能实现的载体,电子元器件是BMS各功能实现的具体单位。上游行业的技术进步以及材料工艺的不断升级有利于BMS产品技术提高、质量稳定和工艺提升。上游原材料价格变动对新能源汽车BMS 行业内企业产品成本具有一定的影响。
BMS行业的下游客户包括电池制造商、动力电池PACK制造商和新能源汽车制造商等,产品最终将应用于纯电动乘用车、商用车、专用车等新能源汽车的各种动力电池系统。
在下游市场,2020年我国动力电池产量197.58GWh,同比2019年的177.39GWh增长11.38%,2021年动力电池产量达到345.96GWh。近几年我国动力电池出货量情况如下图所示:
2021年,我国新能源汽车产销分别完成354.5万辆和352.1万辆,同比均增长1.6倍,市场占有率达到13.4%,高于上年8个百分点。新能源汽车成为汽车行业最大亮点,其市场发展已经从政策驱动转向市场拉动新发展阶段,呈现出市场规模、发展质量双提升的良好发展局面,为“十四五”汽车产业高质量发展打下了坚实的基础。
汽车行车电脑五、中国汽车电池管理系统(BMS)行业发展特征及政策规划