报告发布方:中金企信国际咨询《中国BMS行业市场环境分析及产业链研究分析(2024版)-中金企信发布》
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1.BMS基本情况
1)动力电池材料发展不断提高BMS的技术要求
动力电池发展过程存在三个主要阶段,分别是铅酸电池、镍氢电池和锂电池。由于电池是一个复杂的电化学系统,其性能和寿命取决于电极材料、生产工艺、活性物质组成和结构、电池运行状态及工况条件等因素,导致其失效原因众多,因此电池管理系统(BMS)应运而生。
铅酸电池和镍氢电池的发明较早,由于铅酸电池和镍氢电池微过充不会造成极端后果,因此应用于低速车中的铅酸电池不需要过多的电池管理。并且镍氢电池和铅酸电池内部材料相对稳定,对电压和温度采集精度的要求低于锂电池,例如乘用车用锂电池系统BMS的SOC累积误差通常要求不大于5%,商用车用BMS的SOC累积误差不大于8%。相对于锂电池系统,镍氢电池系统SOC估算精度累积误差要求较低,一般要求不大于20%即可。因此早期BMS结构和功能相对简单。随着技术的进步,锂电池凭借高比能量、高效率、使用寿命长的优点,成为新能源汽车的首选电源,新能源汽车行业从电池材料发展的角度对BMS的要求也逐步提高。
锂电池化学特性活跃、材料稳定性较差、电压高(是镍氢电池的3倍,铅酸电池的近2倍)、能量密度高(是镍氢电池的2倍,铅酸电池的近4倍)、对电压敏感,因此锂电池安全管理难度大、安全性要求高。锂电池储能系统是一种具有高度非线性、环境敏感、性能衰减及故障突发等特性的复杂动态系统,所以必须采集每个单体电池的电压,监测到每个电池的温度,因此锂电池BMS的技术更为复杂。锂电池处于过放电或过充电状态下,只要超过一定阈值,便会对电池造成不可扭转的损坏。并且锂电池在高温下运行时无法充满甚至发生漏液、爆炸,过低温导致电解液凝固,不能最大限度地利用能量,因此锂电池BMS的要求更高。
2)应用领域的发展不断提高BMS的技术要求
锂电池BMS因应用领域的不同,相应的重要程度、技术难度和门槛也差异巨大。应用在手机、平板、笔记本电脑、电动工具等消费电子产品中的电池,通常为单串电池组,仅1至2颗电芯。由于所管理的电池组数量较少,其对BMS技术要求也相对较低。
在新能源汽车动力电池领域,由于新能源汽车运行过程中电压要求较高,电池容量要求较大,锂电池单体的电压与容量有限,不能满足新能源汽车的功率与能量需求。因此现阶段新能源汽车主要通过多节电池串并联成为储能系统,其BMS管理的锂电池数量较多,一款75kWh的新能源汽车动力电池组大约需要7000个18650电池或4400个21700电池。在新能源汽车动力电池BMS研发的起步阶段,行业内研发人员曾经尝试将消费电子产品中的“单体电池”管理技术或电动自行车中的“小电池组”管理技术平移到新能源汽车“大功率动力电池组”中。由于“大功率动力电池组”中电池的不一致性、热力场分布的不均匀而增加了电池管理的难度,导致简单的技术平移均告失败。
对于应用于新能源汽车的“大功率动力电池组”,由于锂电池大量生产时品质不易掌握,电池芯出厂时电量即存在微小差异,且随着操作环境、老化、过充、过放等因素,电池间不一致性愈趋明显,从而导致“木桶效应”,即是性能较差的电池会被消耗的更为迅速,加速电池的老化,降低电池的使用寿命,严重时甚至会导致电池变形、爆炸。因此新能源汽车用动力电池BMS不仅运算复杂度增加,而且重要程度更加突出。此外,动力电池系统处于高速运动的汽车上,对电池的功率应和速度、功率特性、SOC估算精度、状态参数计算数量都有更高的要求。因此,新能源汽车动力电池领域的BMS重要程度、技术难度和门槛均相对较高。
3)BMS功能要求不断提升
正是由于电池材料的不断发展和电池应用领域的不断拓宽,BMS功能的开发也日趋复杂和多样化。早期的BMS一般只具有监测电池电压、温度、电流的简单功能。随着动力电池在新能源车中应用的推广,对BMS的要求越来越高,BMS的功能也越来越强。经过长时间广泛的研究和装车应用以及人们对电池的认识增强,对电池的管理也日趋有效,BMS的重要性也得到充分的认可。BMS已经从监控系统逐渐向管理系统转变,现阶段BMS具备电池状态监测、电池安全分析、电池状态分析以及电池信息管理全功能的管理能力,全方位保护电池组安全运行,有效延长电池寿命,进而保障相关设备正常运行。
2.BMS产业链概况
BMS作为锂电池核心零部件,其成本占锂电池整体成本的5-10%左右。BMS产品上游主要包括IC类芯片、分立器件、被动器件(电阻、电容等)、连接器和PCB等。BMS产品下游需求受锂电池终端应用市场需求驱动,主要应用场景包括新能源汽车等动力电池、储能用锂电池和笔记本、智能手机等消费电子电池。
3.全球及中国BMS市场概况
近年来全球范围内对绿色环保、可持续发展的重视推动了以“零碳转型”为标志的全球新一轮能源革命。以新能源汽车为代表的交通工具渗透率快速提升,以储能产品为代表的智能微电网也迅速崛起。新能源汽车和储能装置是智能微电网、“互联网+”智慧能源的重要组成和关键支撑,是新一轮能源变革的核心力量。
在新能源汽车用动力电池BMS领域,消费者对于新能源车认可度的不断提升带动了其销量的快速上升,根据中金企信数据统计,2023年度全球新能源汽车销量达到1,465万辆,同比增长45.43%。根据中国汽车工业协会统计,2023年度中国新能源汽车产销量双双突破900万辆,其中销量同比增长了37.94%。全球范围内新能源车销量的增长是BMS市场高速增长的主要原因。根据中金企信数据统计,2022年全球新能源车BMS市场规模为37.37亿美元,预计到2026年市场规模将为93.64亿美元,2022-2026年期间复合增长率达到25.81%。
数据整理:中金企信国际咨询
国内方面,根据中金企信数据统计,2022年我国新能源汽车用动力电池BMS市场规模为137亿元。未来在新能源汽车持续发展的背景下,我国新能源汽车用动力电池BMS需求还将不断攀升,具有广阔的应用前景。预计到2027年我国新能源汽车用动力电池BMS市场规模将为299亿元,2022-2027年期间复合增长率达到16.89%。
数据整理:中金企信国际咨询
4.BMS市场结构
目前,新能源汽车用动力电池BMS市场主要参与者有动力电池厂、整车厂商和第三方BMS企业,市场形成了三足鼎立的竞争格局。这三类市场参与者均有各自的优势,电池企业优势在于掌握电池测试的数据,整车厂商的优势在于体量较大,可投入研发的资源较多。
根据中金企信数据统计,2022年我国整车厂商的BMS产品市场份额占比为48%,电池厂商BMS产品市场份额占比30%,专业第三方BMS厂商BMS产品市场份额占比为22%(2020年和2021年市场份额占比为31%、27%),2023年上升至24%。
数据整理:中金企信国际咨询