新能源汽车市场环境、电池管理系统的痛点与规避风险

     2023-02-07 次浏览

摘 要: 新能源汽车因其具有绿色、低碳、环保等优点且在政府惠民政策的引导下近年来逐渐进入公众的视野，也必将成为今后发展的趋势。作为新能源汽车的核心———锂电池的安全性和可靠性显得尤为重要。文章以电池管理系统为主体系统阐述国内外发展现状、未来发展趋势，同时介绍了新能源汽车的市场环境、电池管理系统当前的市场痛点以及针对当下存在的市场痛点如何规避风险。

1、引言

随着我国跻身世界第二大经济体同时经济体量的持续增加以及工业产业水平的不断提升，我国汽车产业也得到了飞速发展。从 2009 年开始，我国汽车产量和销量均处于世界第一［1］。长期以来，汽车产业都是石油的主要 “消费者”，然而我国石油对外的高度依赖性以及石油的不可再生性使得我国的石油资源供给一直处于紧张状态。此外，传统汽车的尾气排放也导致我国面临着严峻的空气污染问题，同时还严重威胁着人类的身体健康。

为了积极应对排放污染和石油危机问题，世界各国陆续的出台相关政策法规来限制汽车尾气的排放并积极推广和应用新能源汽车。新能源汽车作为当下缓解石油紧张和减少汽车尾气污染的主要解决手段，中国已经出台了多项惠民政策来支持新能源汽车的发展，使得新能源汽车走进千家万户。加之政府对新能源汽车补贴政策的不断升级［2］，我国新能源汽车发展迅速，在全球疫情的持续考验下 2021 年，我国新能源汽车市场再度进入高速增长的阶段。据中汽协预计，中国新能源汽车在过去一年的销量有望达到 340万辆，同比增长 160% ，超出预期。我国已连续六年位居世界首位，成为全球第一的新能源汽车市场。招商证券发布了 《新能源汽车将迎全球放量，上游供需持续吃紧》的研究性报告，报告中显示 2025 年总量或达 1650 万辆。

得益于新能源汽车的蓬勃发展，作为新能源汽车的主要动力源，锂电池行业正在快速崛起［3］。在2021年1月至11月，全球动力电池装机量为250. 8GWh，同比增长112% 。其中，宁德时代以79. 8GWh的电池装机量位居第一，市场占有率达到 31. 8% ;LG 和松下分列第二、三名，装机量分别为51. 5GWh和31. 3GWh。目前全球前十动力电池厂商分别是:宁德时代、LG、松下、比亚迪、SKI、三星 SDI、中创新航 ( 中航 锂 电) 、国 轩 高 科、亿 纬 锂 能、欣 旺达。其中有 6 家中国企业上榜。

新能源汽车和锂电池的迅速发展给电池管理系统( battery management system，BMS) 的发展带来重大机遇［4］。据智研咨询发布的 《2020—2026 年中国电池管理系统行业竞争格局分析及投资趋势预测报告》显示，到 2025 年我国的 BMS 市场可达到 500 亿元的规模。根据市场调研机构大观研究 ( Grand View Re-search) 的新报告，到 2025 年全球 BMS 市场规模预计达 111. 7 亿美元 ( 约合人民币 768. 4 亿元) 。

在电子产品消费的时代，单个电子产品由于自身个体小所以使用电池数量少容量也较小，通 常BMS 隶属于电池 PACK 厂商; 早在 2008 年之前，新能源汽车刚进入市场时，因为对 BMS 有较高的技术要求，所以 研 发 生 产 往 往 以 整 车 制 造 厂 或 者 电 池PACK 厂商自主开发为主。最近几年，随着频频发生的新能源汽车电池安全事故，使得对 BMS 的重视程度进一步加深。目前，已成为新能源汽车三大核心技术之一，BMS 也被大家形象地比作动力电池系统的 “大脑”。由于 BMS 对新能源汽车安全性起着至关重要的作用，也使得该行业持续吸引着更多优秀企业的加入。

2、国内外市场

国际 BMS 市场主要参与者为整车企业、汽车零部件企业以及电池企业。在大型整车厂这一块，国际中的一些车企 “领头羊”不靠与外界合作，选择自主开发生产BMS，代表性的车企有特斯拉、本田、现代等。以特斯拉 BMS 系统为例，该系统可实现超7000 节 21700 号电池统一管理，达到安全性和有效性的目的，而在电池快速冷却、安全、电荷平衡等技术方面都是首屈一指，特斯拉申请的核心专利超过140 项，所以特斯拉将 BMS 技术纳入自己品牌的核心竞争力之一。

在整车控制和参数匹配方面整车厂有着更深的理解，同时凭借自身强大的资金实力和成熟的技术积累来自主研发和自身产品需求相匹配的 BMS，如特斯拉、丰田 Prius、日产 Leaf、通用 Volt 等采用的 BMS 都是整车厂主导研发的。在专业 BMS 厂商方面，如 Denso ( 电装) 、Preh ( 普瑞) 的传统汽车零部件厂商依靠在整车厂供应链中重要技术手段，已拔得头筹。Denso ( 电装) 是丰田汽车最重要的零部件供应商，前后为丰田 Prius、丰田 Camry Hybrid 等热门车型提供电池管理系统; 而 Preh ( 普瑞) 则主要为宝马 I 系纯电动车服务。

目前，我国BMS虽然企业也有上百家，但技术优势较国外相比并不明显，表现出 “多而不强”的分布特点。在核心技术上存在两极分化现象，且大多数企业处于同一水平竞争，主要游走于中低端市场。此外，因为技术参数、行业标准缺失导致与国际标准存在差距，同时还缺少较为权威的认证机构对 BMS产品进行行业认证，使得现有的 BMS 产品良莠不齐。总的来看，我国 BMS 市场参与者主要分为三类:动力电池企业、整车企业、专业第三方 BMS 企业，而且短期内第三方 BMS 企业依旧为市场主流。从长远来讲，装备整车厂和电池企业相互渗透是一种趋势，行业将掀起新的一轮整合潮，伴随的将是市场集中度的提升。

国内电动汽车的起步相对国外较晚，但后劲十足，目前，国内致力于 BMS 研究工作的企业、研究所以及高校有很多，已经成功研发出一些电池管理系统。如: 北京交通大学与惠州亿能电子合作开发的BMS 成功应用在北京奥运会纯电动大巴上，哈尔滨工业大学和北京理工大学联合成立的哈尔滨冠拓公司研发的 BMS 被推广应用在一些国产电动汽车品牌上。但由于许多关键技术的瓶颈还尚未突破，使得已经装车运行的 BMS 与整车一起使用的电池之间存在匹配度不高、排异性现象，对 BMS 来讲在国内仍还有很大的提升空间。当前电动汽车发展迅速，而 BMS 作为电池关键技术之一，现阶段虽有较大突破和研究成果，但在技术上仍有如下完善的地方。

一是准确预测电池 SOC ( 电池荷电状态) 依旧是日后关注的重点; 二是电池包如何均衡在当下依然是一个困扰的问题，急需提出有效方案，对电池包做一个高效综合的电池均衡测试; 三是 BMS 的安全性能更是关注的焦点，尤其是热管理系统避免电池起火是保障 BMS 安全性能的重中之重，这将是今后的研究方向。

虽然与整个动力电池产业相比，我国 BMS 的研发及生产还处于大规模产业化初期，技术水平与国外主流厂商还有差距，但随着业内人士以及资本市场对该领域关注度不断提升，未来上升空间极大。

3、未来市场发展趋势

车企与专业BMS公司整合的经营模式将会成为未来发展新的风向标。核心技术与综合服务之间的竞争会给行业内并购整合激发更多机会。整车企业、电芯企业、PACK企业和BMS公司均在BMS业务领域加快了布局步伐。BMS 市场未来细化分工已成必然，核心竞争力在于算法的融合，因为单一算法已不再占优而开发新算法又相对困难，算法融合是最快的途径，相同的 BMS 软件可以应用于不同车型，减少资金成本。同时出台更严格的行业标准和认证制度将对提升安全具有重要意义。

实现完备功能的电池管理系统设计需要各方的不断努力，包括优化硬件设计、提高软件的自适应性和实现低功耗设计。

4、市场环境

4. 1 宏观统筹

继 2017 年 “双积分”政策要求整车企业生产销量一定新能源汽车比例后，工信部宣布正式启动面向2035 年新能源汽车规划。为推动新能源汽车产业可以更好更快发展，工信部组织召开 《新能源汽车产业发展规划 ( 2021—2035 年) 》编制工作启动会。工信部方面表示，到 2035 年新能源汽车规划是为下一阶段我国新能源汽车发展进行顶层设计。规划编制工作中，要以新能源汽车高质量发展为主线，探索新能源汽车与能源、交通、信息通信等深度融合发展的新模式。

2021年3 月，第九次会议上强调，我国平台经济发展正处在关键时期，要着眼长远、兼顾当下，补齐短板、强化弱项，营造创新环境，解决突出矛盾和问题，推动平台经济规范健康持续发展; 实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，拿出抓铁有痕、踏石有印的劲头，如期实现 2030 年前碳达峰、2060 年前碳中和的目标［5］。新能源汽车作为实现碳达峰、碳中和的主力军之一，新能源汽车为生态可持续发展注入了强大动力。

4. 2 财税优惠

根据 《财政部税务总局工业和信息化部关于新能源汽车免征车辆购置税有关政策的公告》 ( 财政部公告 2020 年第 21 号) 第一条规定，自 2021 年 1 月 1日至 2022 年 12 月 31 日，对购买新能源汽车的车主免征车辆购置税。并且在 2020 年 3 月 31 日国务院常务会议确定将新能源汽车购置补贴和免征购置税政策延长两年。

4. 3 基础设施建设

在 《2021—2027 年中国电动汽车充电桩行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》中的数据显示，截至2021年1月，总计上报公共类充电桩41. 2万台，其中交流充电桩21. 8万台、直流充电桩18. 9万台、交直流一体充电桩0. 5万台。2021年1月同比增长44. 8% 。

在 《2020—2021年度中国电动汽车充电基础设施发展报告》中的数据显示: 报告显示，2020年，我国公共充电桩累计实现充电70. 57 亿kWh，在疫情影响下仍然接近上一年充电电量。截至2021年10月，全国充电基础设施数量为 258. 9 万台，车与桩之比达到3. 5 ∶ 1。随着新能源汽车市场占比的增加，基础充电设施将会爆发式增长。

5、市场痛点

BMS 主要是一套保护动力电池使用安全的控制系统，时刻监控电池的使用状态，通过必要措施缓解电池包的不一致性，为新能源车辆的使用安全提供保障。目前市场上的 BMS 存在很多不足，使得近年来电动汽车事故频频发生。同时电池组还存在冬天启动困难、电池剩余寿命短、SOC 跳变和剩余里程估计不准确等使用问题。

根据 2021 年 2 月中国最大充电运营商 “特来电”与 《电动汽车观察家》联合发布的 “2020 年电动汽车起火事故分析”数据显示，2020 年 1 月至 12 月之间，被媒体所报道的电动汽车着火事件共 124 起。其中，比亚迪是发生起火事故最多的车企，共有 13 起;排名第二的是广汽新能源，共有 8 起; 接下来是北汽新能源，共 6 起事故。特斯拉 Model S 出现的次数最多，共有 4 次起火案例，紧随其后的是蔚来 ES8、北汽威旺 407EV，各自有 3 起起火案例。

除此之外，全国每年平均发生两轮电瓶车火灾约2000 起，电动自行车的其失火率已达到万分之一。电动汽车和两轮电动车电池故障中因为电池问题导致自燃等失火事故的占 74% ，电动车的火灾事故不仅造成了财产损失，还威胁着人民的生命财产安全，阻碍了电动汽车的发展。

6、风险规避

一个可靠的 BMS 可以有效地解决上述的问题，电池管理系统的核心是算法，得益于现今大数据、人工智能、云计算、物联网的兴起和芯片技术的突破，越来越多的机器学习算法被应用到了电池管理系统上估算电池的 SOC、健康状态 ( SOH) 、能量状态( SOE) 和功率状态 ( SOP) ，用于提升BMS的性能。在电池管理系统中最常用的机器学习算法是神经网络法和以此为基础的深度学习，只需要通过海量的汽车电池数据建立并训练动力电池参数与SOC、SOE、SOH 和 SOP 之间的映射网络，最终得到比较精确的结果，由于不用考虑电池的详细信息，所以该方法具有普遍适用性。

此外，随 着通信技术及车车 ( V2V) 、车云( V2C) 、车对基础设施 ( V2I) 等车联网技术的发展，借势产生了一系列的政府及企业新能源汽车监管平台，这产生将为大数据的应用提供有力支撑。目前，大数据技术在新能源汽车领域也展现出良好的应用前景，新能源汽车和大数据的融合是未来大趋势，也是我国汽车行业转型升级的战略重点方向。

相信在国家政策的引导下、在技术的不断提升下新能源汽车的销量会持续上升，相应的配套设施和应用技术会不断地提升，BMS 将会更加的完善，使得其应用在更宽广的领域和平台。

参考文献:

［1］ 董扬，许艳华，庞天舒，等 . 中国汽车产业强国发展战略研究［J］． 中国工程科学，2018 ( 20) : 37－44.

［2］ 张蕾，秦全德，谢丽娇 . 中国新能源汽车产业的政策协同研究: 评估与演化 ［J］． 北京理工大学学报 ( 社会科学版) ，2020( 22) : 26 － 35.

［3］ 国务院办公厅关于印发新能源汽车产业发展规划( 2021—2035 年) 的通知 ［EB/OL］．( 2020 － 10 － 20) ． http: / /www. gov. cn /zhengce /content /2020 － 11 /02 /content_ 5556716. htm.

［4］ 左培文，朱培培，邵丽青 . 新能源汽车动力电池产业发展特点与趋势分析 ［J］． 汽车文摘，2022 ( 1) : 1 － 7.

［5］ 开中央财经委员会第九次会议强调 推动平台经济规范健康持续发展明确平台企业劳动保护责任 ［J］．劳动保护，2021 ( 4) :

6.［作者简介］ 范智喻 ( 1993—) ，男，内蒙古呼和浩特人，在读硕士，研究方向: 电动汽车电池管理系统。