BMS能否在變局中開(kāi)新局?

智能化和電動(dòng)化的大浪潮已然拉開(kāi)序幕，擁抱變革才能不錯(cuò)過(guò)這一生機(jī)勃勃的時(shí)代。就在2021年開(kāi)年，圍繞“1000公里續(xù)航”話題的爭(zhēng)議就已火藥味十足。但無(wú)論理想與現(xiàn)實(shí)之前有多遠(yuǎn)的距離，向著1000公里“進(jìn)發(fā)”看來(lái)已是必然之路。而電池的“萬(wàn)丈雄心”需要電池管理系統(tǒng)（BMS）來(lái)加以成全，BMS如何隨需而變？又將催生哪些新的技術(shù)？隨著B(niǎo)MS的“權(quán)重”凸顯，產(chǎn)業(yè)鏈條又將發(fā)生怎樣的更迭？

一切都在變化中，能否在變局中開(kāi)新局？

BMS的變局

BMS之所以如此重要，是因電池本身在成本和性能上已成為整車廠致勝的關(guān)鍵點(diǎn)，而電池的續(xù)航里程、快充、成本等均與BMS的優(yōu)化息息相關(guān)。恩智浦半導(dǎo)體副總裁兼驅(qū)動(dòng)和能源系統(tǒng)產(chǎn)品線總經(jīng)理李曉鶴提及，如在一定程度上提高充電狀態(tài)以及電池健康的估算準(zhǔn)確值，就可在不增加成本的情況下提高快充速度或單次續(xù)航里程。

如TI中國(guó)區(qū)嵌入式與數(shù)字光處理應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)師英所言，BMS常見(jiàn)的訴求在于：一是如何保證電池系統(tǒng)的安全性。二是如何讓電池系統(tǒng)在最大的效率下運(yùn)行，即最大化續(xù)航里程。三是提升可靠性。四是進(jìn)一步降低成本。

正因?yàn)锽MS所締造的高價(jià)值譜系，因而盡管從占比來(lái)看，李曉鶴的估計(jì)是BMS在電池總成本中占比較小，約在10%-20%之間，但BMS仍大有可為。

對(duì)于延長(zhǎng)續(xù)航里程、縮短充電時(shí)間這一持續(xù)的“命題”，李曉鶴指出了相應(yīng)的挑戰(zhàn)，即延長(zhǎng)里程要提高比能量，縮短充電時(shí)間則要增加比功率，產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)諸如過(guò)壓、過(guò)充、熱失控等，這都需要BMS有更高的安全等級(jí)、更快的診斷速度和更精確的測(cè)量等。

而B(niǎo)MS經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，關(guān)注點(diǎn)亦逐漸轉(zhuǎn)向，需要全盤考量。李曉鶴表示，最初幾年是關(guān)注其可靠性的優(yōu)化。而在過(guò)去的幾年，關(guān)注點(diǎn)已轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)成本的優(yōu)化。到現(xiàn)在，一方面整體系統(tǒng)成本的優(yōu)化會(huì)一直繼續(xù)，未來(lái)整體電池成本控制將會(huì)有一個(gè)質(zhì)的提升，目前成本約130美元/千瓦時(shí)，十年之內(nèi)或?qū)⒊杀緣嚎s至一半。另一方面，隨著車廠產(chǎn)量從幾萬(wàn)輛、幾十萬(wàn)輛車進(jìn)入百萬(wàn)級(jí)別，如何能以相對(duì)成熟的方式，做到成本更優(yōu)化、安全性更高、可靠性更高等一致性將是持續(xù)的考驗(yàn)。

作為汽車業(yè)老牌勁旅，恩智浦的BMS整體方案除著力滿足上述需求之外，還有一大優(yōu)勢(shì)是其可兼顧14V、48V、400V、800V以及各種不同模式，可擴(kuò)展性和復(fù)用性可助力客戶輕松進(jìn)行軟硬件開(kāi)發(fā)，并且只需關(guān)注應(yīng)用層軟件的差異化設(shè)計(jì)即可，從而降低驗(yàn)證時(shí)間并加快上市。

在業(yè)界期盼的快充層面，亦如同一把雙刃劍，畢竟快充會(huì)降低電池的壽命，比慢充更耗損電池。對(duì)此，李曉鶴表示，一方面可從電化學(xué)設(shè)計(jì)角度來(lái)改善，這是材料本身要解決的問(wèn)題。二是BMS通過(guò)提高精度、優(yōu)化測(cè)量方式以及確保更好的電流電壓同步性來(lái)支持快充，并從中保證安全。

供應(yīng)鏈的“變遷”

無(wú)論是已成全球趨勢(shì)的汽車芯片短缺以及巨大的不確定性，還是智能汽車的模塊化演進(jìn)，都在催化供應(yīng)鏈的自主可控和重塑，傳統(tǒng)線性產(chǎn)業(yè)鏈模式已然“生變”。

在傳統(tǒng)線性的模式中，汽車零部件廠如博世、大陸等以及電池供應(yīng)商可作為Tier1，而汽車半導(dǎo)體公司一般可作為Tier2，供應(yīng)鏈條一般是Tier2至Tier1再至整車廠。

“BMS是一個(gè)多元化市場(chǎng)，因電池本身是新能源汽車廠商的戰(zhàn)略重點(diǎn)，整車廠、電池廠、Tier1都想抓住機(jī)會(huì)?！崩顣扎Q分析說(shuō)，“目前是多種現(xiàn)象共存，有的是以整車廠為主導(dǎo)，車廠本身?yè)碛须姵氐募赡芰Γ拖翊蟊姷?；有的是像寧德時(shí)代這樣有很強(qiáng)實(shí)力的電池制造商為主導(dǎo)，完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和集成工作，為整車廠提供電池包，而這樣整車廠的溢價(jià)權(quán)、決策權(quán)就會(huì)相對(duì)低一些；還有一種傳統(tǒng)情況是恩智浦將方案提供給Tier1，Tier1再供給整車廠，中間還有一家電池企業(yè)?！?/p>

受國(guó)際形勢(shì)不確定性和缺貨日趨嚴(yán)重的影響，構(gòu)建安全可控的汽車芯片供應(yīng)體系，已經(jīng)成為了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“當(dāng)務(wù)之急”。眾多車企紛紛走向自研或者聯(lián)合芯片公司研發(fā)的道路，Tier1和整車廠商的驗(yàn)證速度明顯提升。在這一過(guò)程中，半導(dǎo)體廠商更需應(yīng)時(shí)而動(dòng)。

“對(duì)于半導(dǎo)體廠商來(lái)說(shuō)，因整車廠和電池廠在競(jìng)爭(zhēng)中有更多的主動(dòng)權(quán)，整車廠是甲方，電池廠則擁有最核心的材料、機(jī)械以及電池設(shè)計(jì)資源。因此半導(dǎo)體廠商服務(wù)的客戶是非常多元化的，不只是和Tier1接觸，與整車廠、電池廠都要建立更強(qiáng)的互動(dòng)?！?李曉鶴直言道。

無(wú)線BMS的“進(jìn)階”

盡管有線BMS縱橫江湖多年，但一個(gè)微妙的現(xiàn)實(shí)是，BMS從有線走向無(wú)線的趨勢(shì)已在“顯性化”。

這主要還是因?yàn)橛芯€BMS的弊病所致。據(jù)TI中國(guó)區(qū)嵌入式與數(shù)字光處理應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)師英介紹，在有線BMS系統(tǒng)中，每一節(jié)電池包都有模組，模組中的每個(gè)電池都必須通過(guò)一個(gè)通信電纜連接到一個(gè)調(diào)節(jié)電量、做電池電芯監(jiān)控和平衡的監(jiān)控芯片。為使通信電纜的連接可靠，一般會(huì)采用菊花鏈連接，而且線纜需要重型銅線，這造成非常龐雜的電纜布置，不僅會(huì)增加重量，而電纜和連接器故障亦是導(dǎo)致電池包出現(xiàn)故障的主要原因。而一旦電纜或者連接器出現(xiàn)問(wèn)題可能需要更換整個(gè)電池包，費(fèi)用也會(huì)十分昂貴。

因而，無(wú)線BMS成為解決這一痼疾的動(dòng)向之一。師英指出，一方面，采用無(wú)線的方式則可不采用重型銅線，從而將更多空間留給電芯，這可提高整個(gè)電池包的體積能量密度，從而提高新能源汽車的續(xù)航能力。另一方面，它不僅可以減低制造工藝的難度，還可以降低后續(xù)維護(hù)的成本。

值得一提的是，為避免干擾和相關(guān)挑戰(zhàn)，TI專門為了無(wú)線BMS設(shè)計(jì)的一個(gè)無(wú)線通訊協(xié)議棧。師英強(qiáng)調(diào)，這一協(xié)議網(wǎng)絡(luò)可用性可以達(dá)到99.999%，錯(cuò)誤故障率極低，就算萬(wàn)一有99.999%之外的故障也有快速診斷和恢復(fù)機(jī)制，從而讓網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)到安全通信的狀態(tài)。同時(shí)，這套系統(tǒng)提供多個(gè)跨平臺(tái)進(jìn)行可靠系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自由，提供可擴(kuò)展性和高靈活性。據(jù)師英介紹，TI無(wú)線BMS已經(jīng)通過(guò)了符合汽車安全完整性等級(jí)ASIL D認(rèn)證，以及更高水準(zhǔn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）26262認(rèn)證。

雖然無(wú)線BMS看似“美好”，但畢竟是一新生事物，想要“開(kāi)辟一片新天地”仍面臨著諸多挑戰(zhàn)。

對(duì)此，德州儀器 （TI） 電池管理系統(tǒng)工程經(jīng)理吳萬(wàn)邦認(rèn)為，無(wú)線BMS除在技術(shù)上保證可靠性、安全性、價(jià)值化之外，成本的進(jìn)一步降低將更便于市場(chǎng)接受，但這還需要一段時(shí)間。此外，相關(guān)工程師如何將新的無(wú)線方案融入其整體的開(kāi)發(fā)，亦是無(wú)線BMS方案實(shí)現(xiàn)商用化的挑戰(zhàn)。而為了進(jìn)一步助力無(wú)線BMS方案的落地，TI著力提供從軟硬件到參考設(shè)計(jì)全流程解決方案，以加速產(chǎn)品的上市時(shí)間。

瓦爾登湖有一句話：有些人步伐與眾不同，那是因?yàn)樗麄兟?tīng)見(jiàn)了遠(yuǎn)方的鼓聲。
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