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特斯拉为何如此在意电池管理芯片?

来源:电子信息产业网 | 2020-07-30 09:31:47
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”。

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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