动力电池的安全之盾——BMS（电池管理系统）

安全性一直是新能源汽车行业关注者所关注的焦点之一，而动力电池作为新能源汽车的核心自然成为了关注的重中之重。上一期内容对“Boom 7”事件和锂离子电池材料本身的安全性进行了解读，并指出锂离子电池材料短板在于电池隔膜，但发生危险的根本原因是电池热失控，材料的改进可以提高危险发生的阈值，可以治标但不能够治本。因此要想提高电池的安全性，关键在于如何掐掉“热失控”这个万恶之源。

热失控，是指蓄电池电流和内部温升发生一种累积的互相增强的作用而导致蓄电池损坏的现象。上一期中我们已经指出目前锂离子电池的短板在于隔膜，只要电池温度持续高于140℃，那么电池隔膜就会融化，进而引发一系列短路、放热行为，进入“热失控”状态，从而引发危险。因此“热失控”的关键即是类似电池温度持续高于140℃的触发条件，掐掉这个源头，就可以达到釜底抽薪的效果。表1中给出了锂离子电池中常见的热失控触发原因和相应解决措施，从中不难发现材料、工艺改进和有效的BMS控制是降低触发概率的唯二途径。

表1.锂离子电池热失控问题的产生原因分类分析

资料来源：高工锂电

如果把“热失控”类比人生病，那么材料、工艺的改进相当于通过锻炼身体提高人体的免疫能力，能够大大降低“生病”的概率。但是即便是运动员也会得病，为了防止意外发生，疫苗和药物更是不可或缺的存在。对于电池亦是如此，只要材料仍有产生危险的可能，就必须有一套可以实时掌控电池状态的监测保护系统。

BMS目前最核心的功能有三个，其中涉及电池安全方面的有两个。一是电池荷电状态（SOC）评估，其需要准确估测动力电池组的荷电状态（即电池剩余电量）保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤，并根据行车状况估计剩余里程；二是电池工作状态监控与控制，其需要实时采集电池的电压、温度等电池状态信息参数，并提供电池能量管理、热管理以及外部设备的控制管理等功能。前者可以给出电池的电量状态，从而可以通过后者控制避免过充导致的“热失控”危险和过放导致的电池寿命降低。后者对电池的状态进行了实时监控，从而可以及时发现电池温度过高或短路的危险状态，及时断路控制从而使整个电池组能够保持正常运行状态，防止危险发生。由此可见BMS正是电池的普适疫苗，是动力电池安全不可或缺的组成。

BMS的第三项核心功能是电池均衡。尽管生产出来的动力电池已经过筛选，但根据工业生产的经验，每个电池仍会存在细微的电压差别、容量差别、内阻差别、充放电速率差别，即便这些参数一开始相同的电芯其使用衰减情况也不尽相同。而对于最后组装完成的电池包和电池pack，其内部各电芯会相互影响，存在显著的木桶效应，导致最后的电池性能往往受性能最差的那个电芯影响最多，比如电池包的输出电压就是由并联电芯中电压最低的决定。因此为了提高整个电池包的寿命和稳定性，BMS必须进行电池均衡，使得各个电芯的容量、电压等指标维持在相同的范围之内。图1即给出了这样一个电池均衡功能的说明，并介绍了目前主动均衡和被动均衡两种不同的技术路线。高效的电池均衡管理将会尽可能多的应用起这部分由于电池一致性损耗而无故浪费的电能，从而提高汽车电池的能量利用效率，不仅可以在现有电池技术的基础上提高新能源汽车的续航里程，理论上更可以通过优化使用方式使电池寿命延长20%以上。

图1.BMS的电池均衡功能示意图

来源：科列技术

正因为上述功能，BMS成为了新能源汽车不可或缺的关键组成，因此随着新能源汽车市场的持续扩大，BMS市场也将持续发展扩大。图2给出了典型的新能源汽车内BMS结构、功能的示意图，图3给出了Tesla汽车中BMS模块的照片。从图上不难就看出BMS属于电子电路工程系统，这既不同于上游的电芯制造，也不同于下游的整车组装，很可能资产更轻，毛利率更高，从而出现以小博大的投资机会。

根据国泰君安证券4月27日的一份研究报告，当前BMS+PACK的电池包环节产值/投资比高达20，甚至高于去年以来产品价格已增长约5倍的六氟磷酸锂的7，可见BMS行业确实有轻资产的特征；另一方面，国内BMS行业企业的毛利率超过50%（科列技术今年上半年毛利率52.85%，收购亿能电子后汽车零部件业务毛利率由2015年的25.5%升至今年上半年的50.21%），仅次于隔膜材料和六氟磷酸锂的约60%，远高于正极材料、负极材料、电芯和电池PACK的10-20%。因此，BMS行业是一个赚钱的行业可谓毋庸置疑。

图2.典型新能源汽车BMS功能及构成

来源：第一电动

图3.Tesla汽车BMS模块

来源：电动汽车时代网

其实新能源汽车中的BMS行业很像当年光伏中的逆变器行业，两者同样可归属于电子电路大行业，又均是与各自上下游不同的轻资产业务，利润率还远超过各自上下游的大多数企业，而且技术门槛同样相对较高。因此BMS行业很可能如光伏逆变器行业之于光伏行业一样成为新能源汽车大行业下一支不可或缺的独立细分行业。至于目前BMS的市场如何，其未来将如何演变，那就是我们下一个要讨论的话题了。

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