2.2決策：電池狀態(tài)（SOx）估計(jì)，電池管理的核心41sesmc

電池狀態(tài)（SOx）估計(jì)是BMS算法控制的核心，常用的電池狀態(tài)主要包括SOC和SOH，其中SOC是其他狀態(tài)分析的基礎(chǔ)。SOC的全稱是State of Charge，就像傳統(tǒng)汽車用戶常常需要留意車上剩余的油量還有多少一樣，對(duì)于電動(dòng)汽車用戶而言，需要知道剩余的電量還有多少。SOC除了用百分比來(lái)反映以外，還常常被換算為等效時(shí)間或等效里程來(lái)表示，讓用戶獲得更為直觀的信息，當(dāng)然，這些都是估算值，帶有一定的誤差。41sesmc

另一個(gè)電池狀態(tài)分析的重要功能就是對(duì)電池老化狀態(tài)（State of Health，SOH）的評(píng)估，這一狀態(tài)也常用一個(gè)百分比來(lái)反映。如果一個(gè)電池在剛出廠的時(shí)候的最大容量為1，那么經(jīng)過(guò)多次循環(huán)以后，電池所能容納的最大容量相對(duì)于剛出廠時(shí)容量的百分比，就反應(yīng)了電池的老化狀態(tài)。SOH受動(dòng)力電池使用過(guò)程中的工作溫度、放電流的大小等因素的影響，需要在使用過(guò)程中不斷進(jìn)行評(píng)估和更新，以確保用戶獲得更為準(zhǔn)確的信息。一般對(duì)于動(dòng)力電池而言，通常在經(jīng)過(guò)500個(gè)深度充放電循環(huán)使用以后，SOH仍然可以達(dá)到80%以上。41sesmc

電池組中電芯間的一致性越高，SOx估算就越精準(zhǔn)。單個(gè)電芯的SOx估算可以采用歷史數(shù)據(jù)模擬，相對(duì)簡(jiǎn)單，而對(duì)動(dòng)力電池組來(lái)講，是由多個(gè)單體電芯串并聯(lián)而成的，電池?cái)?shù)目越多，電池之間的差異也就會(huì)越大，SOC的估算要詳細(xì)考慮電池組中每個(gè)電池的狀態(tài)，這是非常困難的。因此實(shí)際中，采用的方法是將整個(gè)電池組視為一個(gè)單體來(lái)進(jìn)行估算。這就意味著電池的一致性越高，估算的累計(jì)誤差會(huì)越小。在電芯確定的情況下，BMS對(duì)SOx的估算越好，就越能延長(zhǎng)動(dòng)力電池組的壽命，最大化提高能量利用效率。41sesmc

2.3執(zhí)行：與其他零部件協(xié)同，整車企業(yè)差異化的關(guān)鍵41sesmc

電池管理系統(tǒng)通過(guò)采集電池參數(shù)，對(duì)電池的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估后，通過(guò)自身或與其他零部件協(xié)同將電池的狀態(tài)調(diào)節(jié)到電池的“合理區(qū)”，主要的執(zhí)行動(dòng)作有：保障安全、控制充放、熱管理和故障預(yù)警。41sesmc

電池安全保護(hù)無(wú)疑是電動(dòng)汽車管理系統(tǒng)首要的、最重要的功能，過(guò)流保護(hù)、過(guò)充過(guò)放保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)是最為常見(jiàn)的電池安全保護(hù)的內(nèi)容。過(guò)流保護(hù)，有時(shí)也被稱為過(guò)電流保護(hù)，指的是在充、放電過(guò)程中，如果工作電流超過(guò)了安全閾值，則采取相應(yīng)的安全保護(hù)措施，如限制功率，極端情況下通過(guò)熔斷主回路Fuse來(lái)保護(hù)高壓零部件的安全。以特斯拉的Pyro-fuse為例，電池系統(tǒng)中存在異常大電流時(shí)，可主動(dòng)觸發(fā)Pyro-fuse斷開(kāi)電流回路。過(guò)充保護(hù)是指電池電量為100%的情況下，為了防止繼續(xù)充電造成電池?fù)p壞，而采取切斷電池的充電回路的保護(hù)措施；過(guò)放保護(hù)指在電池的剩余電量為0的情況下，若繼續(xù)對(duì)電池進(jìn)行放電，也會(huì)對(duì)電池造成損壞，此時(shí)應(yīng)采取措施，切斷電池的放電回路。41sesmc

充放電控制使電池發(fā)揮更大效能。電池的充電控制管理，是指電池管理系統(tǒng)在電池充放電過(guò)程中對(duì)充電電壓、充電電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的優(yōu)化控制，優(yōu)化的目標(biāo)包括充電時(shí)長(zhǎng)、充電效率以及充電的飽滿程度等。放電控制管理，是指在電池的放電過(guò)程中根據(jù)電池的狀態(tài)對(duì)放電電流大小進(jìn)行控制，這一項(xiàng)功能在以往某些系統(tǒng)中常被忽視，在這些簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中，電池包被認(rèn)為只需要提供電能，不產(chǎn)生安全問(wèn)題即可。然而，在一個(gè)較為先進(jìn)和完善的系統(tǒng)中，加入了放電控制管理的功能，可以使動(dòng)力電池組發(fā)揮更大的效能。41sesmc

熱管理是電池系統(tǒng)持續(xù)高效的重要保障。鋰離子電池的性能、壽命和安全性對(duì)溫度十分敏感，通常動(dòng)力電池最佳的工作溫度范圍在15~35攝氏度。動(dòng)力電池在充放電過(guò)程中會(huì)放出大量的熱，溫度過(guò)高會(huì)造成電池壽命降低甚至?xí)l(fā)生熱失控的現(xiàn)象；溫度過(guò)低，則會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)活性降低，電池充放電效率下降。此外，如果電池系統(tǒng)中電芯間溫差>10℃，根據(jù)木桶原理（電池組的性能由最差的電芯單體決定），其使用效率會(huì)大大降低。41sesmc

故障預(yù)警是電池系統(tǒng)安全的最后一道保障。市場(chǎng)側(cè)，隨著新能源汽車滲透率不斷攀升，新能源汽車安全事故時(shí)有發(fā)生，故障預(yù)警可有效保障駕乘者的生命財(cái)產(chǎn)安全；法規(guī)側(cè)，安全要求加碼，GB18384和GB38031等多個(gè)法規(guī)強(qiáng)制要求，電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控的安全事故前，應(yīng)通過(guò)一個(gè)明顯的信號(hào)（例如：聲或光信號(hào)）裝置向用戶做出提示；車廠側(cè)，預(yù)警監(jiān)控提醒，及時(shí)救援及售后工作推進(jìn)，能夠提升品牌安全形象。41sesmc

三、趨勢(shì)：高精度，被動(dòng)均衡，分布式，無(wú)線化41sesmc

3.1高精度：高精度算法是BMS的核心41sesmc

影響SOC估算精度的因素眾多，動(dòng)態(tài)高精度估算成為行業(yè)難題。影響SOC估算精度的因素主要有：①電池的類型。電池類型主要影響OCV（開(kāi)路電壓）特性，此處的電池類型不單指材料體系（三元電池和磷酸鐵鋰電池的電化學(xué)特性不一致），還包括電池的封裝結(jié)構(gòu)（方形、軟包和圓柱電池的內(nèi)部特征參數(shù)也不一致）。②充放電倍率與端電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系特性。電池在工作狀態(tài)下測(cè)得的電壓實(shí)際上是端電壓，在溫度和電流恒定狀態(tài)下它們的關(guān)系還是相對(duì)穩(wěn)定的，但電池的實(shí)際工況非常復(fù)雜，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系通常會(huì)被打亂。③溫度狀態(tài)。溫度對(duì)電池的各個(gè)參數(shù)都有影響，不同材料體系的電池對(duì)溫度的敏感性不同。④電池壽命狀態(tài)。電池在使用過(guò)程中壽命將逐漸衰減，衰減機(jī)理主要在于正負(fù)極材料晶格的塌陷導(dǎo)致可逆鋰離子的損失，因此在估算SOC時(shí)還要考慮電池壽命狀態(tài)對(duì)總?cè)萘康挠绊?。以上原因使得?dòng)力電池的SOC精確估算具有非常大的挑戰(zhàn)性。41sesmc

圖7：高精度SOC算法是BMS的核心41sesmc

資料來(lái)源：ADI、招商銀行研究院41sesmc

開(kāi)路電壓+安時(shí)積分聯(lián)用是目前主流，高精度算法（卡爾曼濾波法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法）是未來(lái)發(fā)展方向。經(jīng)典的SOC估算一般采用安時(shí)積分法（也叫電流積分法或者庫(kù)侖計(jì)數(shù)法），即通過(guò)計(jì)算一定時(shí)間內(nèi)充放電電流和對(duì)應(yīng)時(shí)間的積分，從而計(jì)算變化電量的百分比，最終求出剩余電量，但該方法隨著使用時(shí)間的增加累計(jì)誤差會(huì)越來(lái)越大，單獨(dú)采用進(jìn)行估算并不能取得很好的效果。開(kāi)路電壓法的原理是利用電池在長(zhǎng)時(shí)間靜置的條件下，開(kāi)路電壓與SOC存在相互映射的關(guān)系，從而可以根據(jù)開(kāi)路電壓來(lái)估算SOC。該方法在電池靜置足夠長(zhǎng)的情況下精度較高，在車輛實(shí)際工況下并不使用，因此一般也將開(kāi)路電壓法與其他方法結(jié)合起來(lái)，共同進(jìn)行SOC的預(yù)測(cè)，業(yè)內(nèi)用的最多的方法為開(kāi)路電壓+安時(shí)積分法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和卡爾曼濾波算法是目前業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的高水準(zhǔn)算法，二者各具特點(diǎn)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法需要大量數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，并能夠?qū)崟r(shí)修正參數(shù)；卡爾曼濾波算法并不依賴數(shù)據(jù)訓(xùn)練，在電池標(biāo)定階段便能確定參數(shù)，但計(jì)算量偏大且開(kāi)發(fā)難度較高。41sesmc

與三元電池相比，磷酸鐵鋰電池的SOC估計(jì)精度要求更高。在《動(dòng)力電池之電池材料篇——辯趨勢(shì)，談供需，論格局》中，我們認(rèn)為三元和磷酸鐵鋰電池將長(zhǎng)時(shí)間處于共存狀態(tài)，磷酸鐵鋰將憑借其性價(jià)比和安全優(yōu)勢(shì)在儲(chǔ)能，商用車和中低續(xù)航乘用車中煥發(fā)活力，而高鎳三元將憑借其高能量密度優(yōu)勢(shì)在中高續(xù)航乘用車中擴(kuò)大份額。與三元電池相比，磷酸鐵鋰電池對(duì)SOC的精度要求更高，主要基于如下原因：①磷酸鐵鋰的充放電特性曲線非常平緩。目前主流的SOC估算方法為開(kāi)路電壓+安時(shí)積分，由于磷酸鐵鋰的充放電特性曲線較平緩，需要精確測(cè)量（誤差在1mV以內(nèi)）電池的開(kāi)路電壓才能建立與SOC的映射關(guān)系，這給SOC的精確估算帶來(lái)困難。②磷酸鐵鋰的自放電率較大。同樣的存儲(chǔ)條件下，磷酸鐵鋰的自放電率明顯大于三元，因此磷酸鐵鋰需要高頻次的均衡管理。③磷酸鐵鋰的充放電曲線存在明顯的滯后特性。三元電池的充放電開(kāi)路電壓特性曲線能夠基本重合，而磷酸鐵鋰不能重合，充放電開(kāi)路電壓特性曲線存在明顯的滯后。④磷酸鐵鋰電池對(duì)溫度較為敏感。三元電池的開(kāi)路電壓隨溫度變化較小，而磷酸鐵鋰電池的開(kāi)路電壓隨溫度變化較大。41sesmc

圖8：磷酸鐵鋰電池的電壓—SOC曲線41sesmc

資料來(lái)源：Journal of Power Source、招商銀行研究院41sesmc

圖9：三元電池的電壓—SOC曲線41sesmc

資料來(lái)源：Journal of Power Source、招商銀行研究院41sesmc

3.2均衡管理：被動(dòng)均衡仍是未來(lái)主流41sesmc

電芯單體間的特性參數(shù)存在差異，車輛應(yīng)用必須進(jìn)行均衡管理。這種不一致性主要來(lái)自兩個(gè)方面：（1）生產(chǎn)制造產(chǎn)生的不一致。由于生產(chǎn)工藝問(wèn)題和材質(zhì)的不均勻性，使電芯的極片厚度、孔隙率、活性物質(zhì)的活化程度等存在微小差異，這種電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上的差異可能會(huì)導(dǎo)致同一批次出廠的電芯在單體電壓、額定容量、內(nèi)阻等參數(shù)方面的不一致性。（2）裝車使用產(chǎn)生的不一致性。在電芯實(shí)際裝車使用時(shí)，由于各個(gè)電芯的安裝位置不同、散熱情況的差異、自放電程度不一等影響，在一定程度上增加了各電芯間參數(shù)的不一致性。由于這種不一致性，動(dòng)力電池組在進(jìn)行鋰電池的串聯(lián)應(yīng)用時(shí)，就需要電池管理系統(tǒng)對(duì)電池容量在充、放電過(guò)程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)均衡，以避免單個(gè)電芯出現(xiàn)過(guò)充電或過(guò)放電，并最大限度的保證每個(gè)電芯單體的容量相當(dāng)，從而保證整個(gè)電池系統(tǒng)的使用壽命和可靠性。41sesmc

目前在動(dòng)力電池管理系統(tǒng)中應(yīng)用的均衡方法主要有被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡兩大類。被動(dòng)均衡也被稱為耗散型均衡，其實(shí)現(xiàn)方式是在每一個(gè)單體電芯上并聯(lián)一個(gè)可控的電阻，將容量較高的電芯中的多余能量消耗掉，實(shí)現(xiàn)整組電芯電壓均衡。主動(dòng)均衡也即能量轉(zhuǎn)移均衡，其實(shí)現(xiàn)方法是將容量較高的電芯中的能量轉(zhuǎn)移到容量較低的電芯中，在實(shí)施過(guò)程中需要一個(gè)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)（電容或電感），以便能量通過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行重新分配。41sesmc

圖10：主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡的工作原理41sesmc

資料來(lái)源：科列技術(shù)、招商銀行研究院41sesmc

被動(dòng)均衡管理性價(jià)比高，仍將是未來(lái)主流。在使用主動(dòng)均衡時(shí)，能量是高低轉(zhuǎn)移，電能使用效率高，產(chǎn)生熱量低，均衡速度快，但需要復(fù)雜的均衡電路和儲(chǔ)能器件，導(dǎo)致成本居高不下。在使用被動(dòng)均衡時(shí)，一旦各個(gè)電芯間一致性較差，大量的電量不得不被白白耗散掉，從而造成電能的使用效率下降。此外，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃亢纳?，帶?lái)了兩難問(wèn)題：如果均衡電流過(guò)大，產(chǎn)生熱量多，電池系統(tǒng)的散熱就成為問(wèn)題；如果均衡電流太小，完成均衡需要耗費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。隨著電芯制造工藝不斷提升，電芯間的一致性越來(lái)越高，各個(gè)廠家出于電路結(jié)構(gòu)和成本考慮，被動(dòng)均衡的策略仍然是各廠商的主流選擇。41sesmc

表2：BMS主動(dòng)均衡與被動(dòng)均衡管理模式對(duì)比41sesmc

資料來(lái)源：NE時(shí)代、高工鋰電、招商銀行研究院41sesmc

3.3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：分布式BMS結(jié)構(gòu)是未來(lái)主流41sesmc

目前主流的BMS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有集中式和分布式兩類。集中式BMS是將所有的電壓和溫度采集模塊以及均衡功能全部集成在一塊PCB板上，采集模塊和主控模塊的信息交互在PCB板上直接實(shí)現(xiàn)。分布式BMS是由一個(gè)主控板和多個(gè)從控板共同組成，從控負(fù)責(zé)對(duì)每一個(gè)電芯進(jìn)行電壓檢測(cè)、溫度檢測(cè)、均衡管理以及相應(yīng)的診斷工作，主控負(fù)責(zé)接收從控采集的數(shù)據(jù)并進(jìn)行電池系統(tǒng)的狀態(tài)評(píng)估、充放電管理、熱管理以及與整車的通信等。41sesmc

集中式成本低，但適用性較差，一般用于總電壓低，體積小的電池系統(tǒng)中。集中式BMS的所有模塊均在一塊PCB板上，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是成本低，各模塊間的通信也簡(jiǎn)化了。缺點(diǎn)也比較明顯：（1）采樣線束較復(fù)雜。BMS采樣需要與每個(gè)電芯直接相連，線束比較長(zhǎng)，導(dǎo)致采樣線的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。（2）產(chǎn)生額外的電壓差。由于每個(gè)電芯分布在不同位置，BMS與電芯連接的采樣線長(zhǎng)短不一，導(dǎo)致在采樣或均衡的時(shí)候產(chǎn)生額外的電壓差，影響B(tài)MS的精度。（3）適用性較差。BMS所能支持的最大采樣通道有限，適用性較差。因此，集中式BMS常應(yīng)用于總壓低、電池系統(tǒng)體積小的場(chǎng)景中，如電動(dòng)叉車、48V輕混和HEV車型。41sesmc

圖11：集中式BMS以分布BMS對(duì)比41sesmc

資料來(lái)源：招商銀行研究院41sesmc

圖12：48V微混車型電池系統(tǒng)中BMS類型統(tǒng)計(jì)41sesmc

資料來(lái)源：IHS Markit、招商銀行研究院41sesmc

車型樣本數(shù)：2013~2019為208款，2020~2023為1400款41sesmc

圖13：HEV車型電池系統(tǒng)中BMS類型統(tǒng)計(jì)41sesmc

資料來(lái)源：IHS Markit、招商銀行研究院41sesmc

車型樣本數(shù)：2013~2019為194款，2020~2023為263款41sesmc

圖14：PHEV車型電池系統(tǒng)中BMS類型統(tǒng)計(jì)41sesmc

資料來(lái)源：IHS Markit、招商銀行研究院41sesmc

車型樣本數(shù)：2013~2019為259款，2020~2023為459款41sesmc

圖15：EV車型電池系統(tǒng)中BMS類型統(tǒng)計(jì)41sesmc

資料來(lái)源：IHS Markit、招商銀行研究院41sesmc

車型樣本數(shù)：2013~2019為645款，2020~2023為721款41sesmc

分布式成本高，但拓展性強(qiáng)，隨著新能源汽車不斷向長(zhǎng)續(xù)航、高電壓和平臺(tái)化方面發(fā)展，分布式BMS是主流方向。分布式的BMS架構(gòu)能實(shí)現(xiàn)模塊層面和系統(tǒng)層面的分級(jí)管理，主控和從控功能獨(dú)立，采用這種方案的系統(tǒng)成本較高，但優(yōu)點(diǎn)較突出，主要體現(xiàn)在：（1）電池系統(tǒng)內(nèi)部布局簡(jiǎn)單。模組裝配過(guò)程簡(jiǎn)化，采樣線束固定起來(lái)相對(duì)容易，BMS與電池間線束長(zhǎng)度均勻，不存在壓降不一致的問(wèn)題。（2）可拓展性強(qiáng)。下游需求驅(qū)動(dòng)新能源汽車不斷朝著高續(xù)航、高電壓和平臺(tái)化發(fā)展，動(dòng)力電池系統(tǒng)向CTP（Cell to Pack），CTC（Cell to Chasis）和CTV（Cell to Vehicle）不斷進(jìn)階，分布式架構(gòu)可以根據(jù)不同的電池系統(tǒng)串并聯(lián)設(shè)計(jì)進(jìn)行高效配置，可以支持體積更大，集成度更高的電池系統(tǒng)。41sesmc

表3：部分新能源車型采用的BMS拓?fù)漕愋?/strong>41sesmc

資料來(lái)源：NE時(shí)代、高工鋰電、招商銀行研究院41sesmc

3.4通信方式：CAN總線→菊花鏈→無(wú)線BMS41sesmc

在目前的BMS系統(tǒng)中，CAN總線是使用最廣泛的通訊方式，但隨著對(duì)成本控制壓力越來(lái)越大，很多廠家都在向菊花鏈的方式轉(zhuǎn)變。目前的通訊方式主要有兩類：41sesmc

圖16：采用CAN總線通訊的BMS架構(gòu)41sesmc

資料來(lái)源：ADI、招商銀行研究院41sesmc

第一類是CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線通訊，既可用于長(zhǎng)距離通訊（如大巴車，儲(chǔ)能等），也適用于短程通訊（如乘用車）。CAN是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，它由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)BOSCH公司開(kāi)發(fā)并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898，ISO11519）?；贑AN總線的電池管理系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：①數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定可靠。主控可與從控模塊單獨(dú)通訊，數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。②開(kāi)發(fā)周期短。CAN具有的完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而大大降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度，縮短了開(kāi)發(fā)周期。③成本較高。主控需要附帶CAN通訊模塊，主控和從控模塊需要額外配置電源芯片及隔離電路，導(dǎo)致系統(tǒng)成本較高。41sesmc

第二類是菊花鏈通訊，也稱為isoSPI通訊，僅適用于短程通訊（如乘用車）。基于菊花鏈的通訊方式具有以下特點(diǎn)：①綜合成本低。菊花鏈通信取消了主從模塊上的CAN芯片，取而代之的是各家對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換芯片，這些轉(zhuǎn)換芯片的成本比CAN芯片更有優(yōu)勢(shì)；更大的部分是取消了從板上的MCU，而且線束會(huì)有明顯減少；菊花鏈通信需要增加的是通信隔離芯片。②穩(wěn)定性方面相對(duì)較差。但是隨著對(duì)成本控制壓力越來(lái)越大，很多廠家都在向菊花鏈的方式轉(zhuǎn)變，一些廠家一般會(huì)采用2條甚至更多的菊花鏈來(lái)增強(qiáng)通訊穩(wěn)定性。41sesmc

圖17：采用菊花鏈通訊的BMS架構(gòu)41sesmc

資料來(lái)源：ADI、招商銀行研究院41sesmc

在現(xiàn)有的主流BMS架構(gòu)中，無(wú)論是CAN總線還是菊花鏈通訊，都是通過(guò)實(shí)體線束將電池采樣芯片聯(lián)系起來(lái)，數(shù)據(jù)都是沿著線束鏈路進(jìn)行傳遞，這種有線數(shù)據(jù)傳遞存在以下問(wèn)題：①冗余性較差。一旦鏈路中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)癱瘓，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法傳遞。②重量問(wèn)題以及成本的增加。每個(gè)模塊之間需要通過(guò)線束連接，隨著節(jié)點(diǎn)的增多需要更多的導(dǎo)線，不僅帶來(lái)重量和成本增加，還占據(jù)了電池系統(tǒng)內(nèi)部寶貴的空間。③可靠性較差。線束或連接器可能因?yàn)槔匣?、外部振?dòng)影響連接可靠性等。41sesmc

圖18：采用有線（CAN或菊花鏈）通訊的BMS41sesmc

資料來(lái)源：ADI、招商銀行研究院41sesmc

圖19：采用無(wú)線通訊方式的BMS41sesmc

資料來(lái)源：ADI、招商銀行研究院41sesmc

隨著動(dòng)力電池系統(tǒng)朝著無(wú)模組化（Cell to Pack，Cell to Vehicle）發(fā)展，無(wú)線BMS的優(yōu)勢(shì)凸顯：①系統(tǒng)冗余性更好。無(wú)論是CAN通訊還是菊花鏈的串行鏈路通訊方式，一旦鏈路中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)失效就有可能引起整個(gè)鏈路通訊中斷。而無(wú)線BMS系統(tǒng)中單點(diǎn)失效對(duì)整體的影響不大，系統(tǒng)冗余性更好。②可拓展性更強(qiáng)。無(wú)線BMS在網(wǎng)絡(luò)中添加和刪除節(jié)點(diǎn)比較靈活，可拓展性較強(qiáng)，能很好地與CTP、CTC及巧克力換電等做適配。③高壓和低壓能有效隔離。汽車中大多數(shù)ECU都是出于低壓（9~14V）系統(tǒng)中，而B(niǎo)MS則是連接著高壓（>400V）和低壓（9~14V）的模塊，因此在BMS設(shè)計(jì)中首要考慮的問(wèn)題就是如何有效地將高壓和低壓?jiǎn)卧綦x，減少高壓系統(tǒng)對(duì)低壓系統(tǒng)的干擾，而采用無(wú)線通信方式就能夠天然地將高壓?jiǎn)卧偷蛪簡(jiǎn)卧行Ц綦x。④綜合成本較低。若采用集中式架構(gòu)，電池單體到BMS的采樣線束比較長(zhǎng)，這會(huì)影響動(dòng)力電池的空間和重量；若采用分布式架構(gòu)，BMS的成本顯著上升。而采用無(wú)線通信既能讓從控模塊更靠近電池模組，又能省去通信線束，綜合成本較低。41sesmc

四、格局：BMS行業(yè)三分天下，電池和整車為執(zhí)牛耳者41sesmc

4.1行業(yè)呈現(xiàn)“三足鼎立”的競(jìng)爭(zhēng)格局41sesmc

圖20：各類動(dòng)力電池BMS參與企業(yè)數(shù)量占比41sesmc

資料來(lái)源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院、招商銀行研究院41sesmc

動(dòng)力電池企業(yè)橫向拓展，積極布局BMS核心技術(shù)。電池企業(yè)的主營(yíng)業(yè)務(wù)覆蓋從電芯到電池包的全過(guò)程，包括電芯、BMS和整包Pack集成等多個(gè)環(huán)節(jié)。規(guī)模較大的企業(yè)常有參與BMS研發(fā)和生產(chǎn)，形成“BMS+Pack”的商業(yè)模式，即在銷售端為整車廠提供整體的解決方案，整車廠在采購(gòu)電池的同時(shí)也需要采購(gòu)配套的BMS，代表企業(yè)為寧德時(shí)代、比亞迪、欣旺達(dá)、國(guó)軒高科等。寧德時(shí)代是全球動(dòng)力電池巨頭，具備材料、電芯、模組、電池包等全產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)及制造能力，BMS搭載在公司生產(chǎn)的電池包中，通過(guò)銷售給下游整車企業(yè)的電池包間接為公司創(chuàng)造利潤(rùn)。寧德時(shí)代將BMS視為動(dòng)力電池系統(tǒng)的智能中樞，高度重視BMS的研發(fā)和生產(chǎn)，擁有近百項(xiàng)BMS相關(guān)專利，產(chǎn)品兼容AUTOSAR4.0，可為全球車企提供成熟的解決方案。41sesmc

圖21：寧德時(shí)代智能電池管理技術(shù)41sesmc

資料來(lái)源：寧德時(shí)代、招商銀行研究院41sesmc

圖22：蔚來(lái)汽車電池管理技術(shù)41sesmc

資料來(lái)源：蔚來(lái)汽車、中國(guó)汽車工程年會(huì)、招商銀行研究院41sesmc

整車企業(yè)逐步重視BMS自主開(kāi)發(fā)，對(duì)BMS的參與度日益提升。傳統(tǒng)整車廠一開(kāi)始對(duì)BMS的參與度較小，如寶馬的BMS從BOSCH和PREH等汽車電子供應(yīng)商處采購(gòu)。但隨著新能源汽車滲透率不斷攀升，BMS在新能源汽車中的重要性也不斷提升，實(shí)力較強(qiáng)的整車企業(yè)憑借資本優(yōu)勢(shì)逐漸將業(yè)務(wù)滲透到上游產(chǎn)業(yè)鏈，通過(guò)吸收人才、并購(gòu)和戰(zhàn)略合作等方式將包括BMS在內(nèi)的動(dòng)力電池系統(tǒng)納入業(yè)務(wù)版圖，如上汽、北汽、吉利等車企均設(shè)置專門的BMS研發(fā)團(tuán)隊(duì)，東風(fēng)公司與航盛成立合資公司。而造車新勢(shì)力更是將BMS作為核心技術(shù)，如蔚來(lái)汽車深度布局BMS軟件算法，特斯拉的BMS技術(shù)是其核心競(jìng)爭(zhēng)力。41sesmc

表4：大部分新能源車企開(kāi)始深度參與BMS開(kāi)發(fā)41sesmc

資料來(lái)源：高工鋰電、招商銀行研究院41sesmc

第三方BMS企業(yè)出現(xiàn)兩極分化。2020年國(guó)內(nèi)的第三方企業(yè)數(shù)量占比為33%，相比2015年下降27pct。隨著動(dòng)力電池企業(yè)和整車廠開(kāi)始自研BMS，第三方企業(yè)呈現(xiàn)兩極分化的趨勢(shì)，部分企業(yè)通過(guò)自主研發(fā)或并購(gòu)，逐步掌握了先進(jìn)的電池管理技術(shù)，比如均勝電子并購(gòu)德國(guó)普瑞（PREH），為大眾和寶馬配套BMS產(chǎn)品；還有部分企業(yè)僅能開(kāi)發(fā)配套低級(jí)別乘用車和商用車，代表企業(yè)如華霆?jiǎng)恿Α?/strong>41sesmc

4.2電池廠和整車廠將執(zhí)牛耳41sesmc

從資金、人員、客戶、數(shù)據(jù)和研發(fā)等多種有形和無(wú)形資源的角度來(lái)考量，整車企業(yè)和電池企業(yè)的規(guī)模更大，業(yè)務(wù)板塊更豐富，在資金、客戶資源、數(shù)據(jù)資源和研發(fā)資源等方面具備較大優(yōu)勢(shì)，而專業(yè)的第三方企業(yè)雖然在軟件技術(shù)上有一定優(yōu)勢(shì)，但在資金實(shí)力和客戶穩(wěn)定性方面有所不足，因此我們認(rèn)為動(dòng)力電池企業(yè)和整車廠將占據(jù)主導(dǎo)地位。41sesmc

 

電池廠橫向布局BMS主要有以下優(yōu)勢(shì)：①數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)。數(shù)據(jù)是BMS的基礎(chǔ)，電池廠有著最豐富的電池?cái)?shù)據(jù)，擁有全生命周期的數(shù)據(jù)矩陣，為BMS開(kāi)發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；②算法優(yōu)勢(shì)。BMS的算法均要基于電池電化學(xué)的內(nèi)在機(jī)理，電池廠在整個(gè)新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈中是對(duì)電池電化學(xué)機(jī)理理解最深刻的一環(huán)，無(wú)論是算法的搭建還是后期的修正都有很大優(yōu)勢(shì)；③客戶優(yōu)勢(shì)。電池廠直接對(duì)接下游整車廠，能夠提供一站式（電芯+BMS）解決方案的玩家將會(huì)更容易獲得客戶的青睞；④成本優(yōu)勢(shì)。電池廠可以憑借客戶優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)化的BMS產(chǎn)品，疊加自身的規(guī)模效應(yīng)，在BMS產(chǎn)品方面極具成本競(jìng)爭(zhēng)力。41sesmc

圖23：2020年國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池BMS配套格局41sesmc

資料來(lái)源：NE時(shí)代、招商銀行研究院41sesmc

圖24：2021年國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池BMS配套格局41sesmc

資料來(lái)源：NE時(shí)代、招商銀行研究院41sesmc

整車廠對(duì)BMS的參與程度會(huì)日益提升，主要基于以下原因：①電動(dòng)化加速，BMS愈發(fā)重要。BMS作為新能源汽車的核心控制器與整車狀態(tài)關(guān)系密切，整車運(yùn)行數(shù)據(jù)的機(jī)密性驅(qū)動(dòng)整車廠自主開(kāi)發(fā)BMS。BMS的SOx估算、電池參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、均衡管理與整車的動(dòng)力輸出、車輛續(xù)航里程及形式狀態(tài)控制等直接相關(guān)，BMS與整車控制器（VCM）之間的數(shù)據(jù)交換是保證電動(dòng)汽車正常工作的關(guān)鍵因素，鑒于整車運(yùn)行參數(shù)涉及車企的核心技術(shù)機(jī)密，整車廠逐漸傾向于自研BMS。②軟件定義汽車，整車廠提前布局。新能源汽車發(fā)展目前處于第一階段，即電動(dòng)化階段，軟件將會(huì)是新能源汽車競(jìng)爭(zhēng)的第二階段。新勢(shì)力車企中，蔚來(lái)汽車全系車型均采用“硬件代工+軟件自研”的形式布局BMS，小鵬采用“硬件代工+軟件自研”的BMS占比為23.8%；傳統(tǒng)車企中，大眾54.9%的車型采用“硬件代工+軟件自研”的BMS。無(wú)論是新勢(shì)力還是傳統(tǒng)車企，軟件算法作為BMS的核心將會(huì)是重點(diǎn)布局的方向。③整車廠尋求產(chǎn)品的差異化。目前，大部分整車廠的電芯都來(lái)源于電芯廠的平臺(tái)化產(chǎn)品，電芯規(guī)格參數(shù)相似導(dǎo)致整車廠很難在動(dòng)力電池層面做出差異化的優(yōu)勢(shì)。而B(niǎo)MS作為動(dòng)力電池的“大腦”，整車廠可以通過(guò)算法做出差異化的功能，更好地與整車其他零部件進(jìn)行協(xié)同。以特斯拉為例，其BMS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)7000個(gè)18650圓柱電芯的一致性管理，達(dá)到高安全性和可靠性目標(biāo)，在電池冷卻、安全、均衡等與BMS相關(guān)的領(lǐng)域，特斯拉申請(qǐng)的核心專利超過(guò)150項(xiàng)。其BMS也與整車的其他零部件進(jìn)行協(xié)同，以實(shí)現(xiàn)在途預(yù)熱，預(yù)約充電等差異化的功能。因此BMS技術(shù)是特斯拉的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一，并為其構(gòu)筑了較高的技術(shù)壁壘。41sesmc

圖25：2022年1-8月國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池BMS配套格局41sesmc

資料來(lái)源：NE時(shí)代、招商銀行研究院41sesmc

圖26：整車廠不斷提升BMS的參與度（配套數(shù)）41sesmc

資料來(lái)源：NE時(shí)代、招商銀行研究院41sesmc

專業(yè)第三方BMS企業(yè)在資金實(shí)力和客戶穩(wěn)定性方面有所不足。BMS屬于標(biāo)準(zhǔn)化特征較強(qiáng)的產(chǎn)品，替換壁壘較低，因此專業(yè)第三方BMS企業(yè)的客戶粘性不強(qiáng)，客戶穩(wěn)定性成為企業(yè)痛點(diǎn)。國(guó)內(nèi)專業(yè)第三方BMS企業(yè)大多處于發(fā)展初期，資金實(shí)力較弱，公司擴(kuò)展速度受限，易被大型整車企業(yè)或是鋰電企業(yè)兼并收購(gòu)。41sesmc

綜合以上分析，我們認(rèn)為動(dòng)力電池企業(yè)和整車企業(yè)掌握“數(shù)據(jù)”這一核心競(jìng)爭(zhēng)力，并在資金資源、研發(fā)人員、交付能力和成本控制等方面更有優(yōu)勢(shì)，若能進(jìn)一步補(bǔ)強(qiáng)軟件算法方面的短板，未來(lái)將有望占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。41sesmc

五、風(fēng)險(xiǎn)提示41sesmc

（本部分有刪減，招商銀行各部如需報(bào)告原文，請(qǐng)參照文末方式聯(lián)系研究院）41sesmc

（1）芯片供應(yīng)短缺的風(fēng)險(xiǎn)：BMS芯片的技術(shù)門檻相對(duì)較高，比如BMS的MCU芯片需要大量專有技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累，目前大量成熟解決方案被NXP，TI等國(guó)外廠商掌握。2021年期間，車規(guī)級(jí)芯片的短缺對(duì)整個(gè)汽車行業(yè)產(chǎn)生較大影響。各大車企紛紛減產(chǎn)或調(diào)整車型生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，將有限的芯片資源調(diào)配至熱門車型，以應(yīng)對(duì)因新車交付時(shí)間大幅延長(zhǎng)所導(dǎo)致的產(chǎn)銷量下滑。根據(jù)AutoForecast Solutions的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，2021年全球汽車市場(chǎng)因芯片短缺累計(jì)減產(chǎn)量將達(dá)到1132.4萬(wàn)輛，其中，中國(guó)汽車市場(chǎng)累計(jì)減產(chǎn)量預(yù)計(jì)為214.8萬(wàn)輛，占總減產(chǎn)量的19%。如果由于運(yùn)輸、疫情、自然災(zāi)害、貿(mào)易摩擦等原因，導(dǎo)致全球范圍內(nèi)車規(guī)級(jí)芯片短缺進(jìn)一步加劇，行業(yè)可能面臨巨大風(fēng)險(xiǎn)。41sesmc

（2）關(guān)鍵原材料價(jià)格波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)：BMS產(chǎn)品原材料主要由標(biāo)準(zhǔn)器件（半導(dǎo)體類部件、電氣類部件、電容類部件、電阻類部件、連接類部件及輔助材料等）、定制類器件（磁性元件、結(jié)構(gòu)件、五金&壓鑄部品、PCB板、連接線束、包裝及密封材料等）和指定類物料（由客戶指定供應(yīng)規(guī)格型號(hào)及供應(yīng)渠道的物料）組成。2021年新冠疫情在國(guó)外的延續(xù)，引發(fā)全球物料供應(yīng)的緊張，使行業(yè)可能面臨相關(guān)原材料供應(yīng)不足或價(jià)格波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。41sesmc

（3）新能源汽車銷量不及預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)：動(dòng)力電池管理系統(tǒng)屬于新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈中游環(huán)節(jié)，受下游需求驅(qū)動(dòng)明顯。2021年12月31日，財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部、國(guó)家發(fā)展改革委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于2022年新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》表示，2022年，新能源汽車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)在2021年基礎(chǔ)上退坡30%；從2021年開(kāi)始，新能源汽車上游原材料（如鋰鹽，鎳鹽，鈷鹽等）價(jià)格暴漲，導(dǎo)致新能源汽車成本不斷攀升，大部分企業(yè)在今年3月上調(diào)了新能源汽車的售價(jià)。補(bǔ)貼退坡疊加上游原材料上漲可能會(huì)對(duì)下游的新能源汽車的需求造成影響，導(dǎo)致新能源汽車銷量不達(dá)預(yù)期，從而影響電池管理系統(tǒng)的配套出貨。41sesmc

（4）政策變化的風(fēng)險(xiǎn)：國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼政策等新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整在短期內(nèi)對(duì)新能源汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)利潤(rùn)空間和盈利能力有較明顯的影響，如果未來(lái)相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策發(fā)生重大調(diào)整，則BMS企業(yè)的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)和盈利能力可能受到較大的不利影響，因此政策風(fēng)向的變化需要時(shí)刻關(guān)注。41sesmc

附錄1電氣化（包含BEV、PHEV、HEV和48V）車型銷量預(yù)測(cè)41sesmc

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