8.电池管理系统
锂电池在加热、过充/过放电流、振动、挤压等滥用条件下可能导致电池寿命缩短以致损坏,甚至会发生着火、爆炸等事件,因此安全性问题成为动力锂电池商业化推广的主要制约因素。安全型、低成本、长寿命锂离子电池的安全标准、安全评价方法、电池制造过程的安全与可靠性控制以及通过正负极材料、电解质与隔膜优选改善电池安全与可靠性是实现确保大型动力锂离子电池安全可靠,实用化的关键。管理系统作为电池保护和管理的核心部件,不仅要保证电池安全可靠的使用,而且要充分发挥电池的能力和延长使用寿命,作为电池和车辆管理系统以及驾驶者沟通的桥梁,电池管理系统对于电动汽车性能起着越来越关键的作用。
电池管理系统与电动汽车的动力电池紧密结合在一起,对电池的电压、电流、温度进行时刻检测,同时还进行漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒,计算剩余容量、放电功率,报告SOC&SOH状态,还根据电池的电压电流及温度用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程、以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电,通过CAN总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通讯。
特斯拉独特的分层电池管理系统将解决方案落实到每个电池单体,逐层监控,要求每个层次的观测指标都达到其设定的安全范围,这样的管理方式十分类似于国有银行的风险控制体系。除了在硬件上实施分层管理,特斯拉更强大的是其成熟的反馈~协调软件系统,系统中的检测标准是特斯拉公司在长期试验过程中积累下来的,也是其他公司难以在短期内模仿的。
特斯拉选取的电池解决方案需要解决的主要问题有3个:1、保证电路中电流稳定在合理范围内,防止局部过热引起18650电池的自燃;2、保证每个电池均在安全电压内工作,控制电荷平衡;3、减少外部冲击对电池的影响。其他的问题还包括保证合适的湿度、烟雾浓度等。下面我逐层分析特斯拉的电池管理系统是如何实现分层管理的。
第一层:电池单体。电池单体是特斯拉安全任务落实的基础。每节电池都内置热敏电阻(PTC),电流阻断器(CID),压力测试阀和耐高温、稳定性好的表层。热敏电阻的电阻在温度升高后迅速增大,减少电路内电流,降低电路内温度;电流阻断器在外部的压力增大时,断开电池与系统的连接,保证电路在非正常条件下的安全。
第二层:电池brick。电池的并联过程中,每个并联单元都配有保险丝、开关和电子集成器,整个电路与集电器相连。保险丝在电流过大时,会立刻熔断,确保安全。集电器的作用是监控电池单体的电荷量,确保不会某个电池因充放电或在温度异常的情形下出现电荷量过高、过低的现象。当上述情况发生时,继电器会帮助电池转移电荷,达到电池单体间电荷的平衡。当电池发生异变时,单个电池电路上的电子集成器就会断开开关,隔离该电池。
第三层:电池sheet。每个电池sheet层面上都配有电池监控板(BMB)和冷却系统。电池监控板主要负责监控每个电池brick的电压、温度、电流、湿度和整个sheet的电压,确保其稳定输出;冷却系统由一根环绕各电池单体的冷凝管构成,冷却液使用的是50%的乙二醇溶液,这是一种常见的抗冻剂,兼具散热和保温功能(凝固点是零下37.9度);每个电池brick之间都配有保险丝,防止电流过大。
第四层:电池包及整车。电池包层面上设置BSM系统(BatterySystemMonitor),用以监控整个电池包的工作环境,其中包括电池包的电流、电压、温度、湿度、方位、烟雾等指标;更上一层,整车层面上设置VSM(VehicleSystemMonitor),用以监控BSM。
其他方面:为电池管理系统配备CANbus,用于连接控制系统和传感器,其最大的优点是仅仅用1~2根线就能传输大量的数据;车体还侦测加速度、对地角度、电池包上的烟雾、湿度、水分等指标,并反馈给电池管理系统,从而调节电池包内的环境;高压触点全在密封件内,只能用专用工具才能打开。
8.1电池管理系统部分重点个股
均胜电子:公司目前拥有资产包括子公司宁波均胜股份、长春均胜、华德塑料、华德奔源以及德国普瑞等,产品主要是三大类:汽车电子、发动机系统功能件和内外饰功能件。
德国普瑞成立于1919年,总部位于德国萨勒河畔的巴特诺伊施塔特,拥有长达93年的电子产品研发经验,于1988年进入汽车电子领域。德国普瑞的产品包括空调控制系统、驾驶员控制系统、电子控制单元及仪表、传感器、创新自动化生产线。其中空调控制系统和驾驶员控制系统是目前最主要的产品。作为全球领先的高端汽车电子控制面板及模块供应商,德国普瑞的客户涵盖全球所有的高端车型生产厂商,包括奔驰、奥迪、宝马、通用、福特等
同时,德国普瑞向宝马i3纯电动汽车提供电池管理系统,是国内第一家向宝马公司提供电池管理系统的汽车零部件企业。普瑞为宝马i3纯电动汽车研制了两种电子控制器~~电池管理单元和电芯监控传感单元。这两种控制器的任务是通过给高压电池进行均匀的充电来保证电池的最佳性能。驾驶过程中,电力下降以及由制动和充电引起的电力上升,使电池处理处于持续工作状态。同时,电池单体通常会因老化程度和容量的差异在充电中显示出不同的电压水平。因此,电芯监控传感器对每一个电池单体的电压和温度都会进行实时监控。电池管理单元对监控数据进行处理,从而对不同的电荷状态进行调节,以此保证电池的最佳性能。除了宝马i3外,纯电动宝马ActiveE、像宝马新混合动力5系列和电动摩托车BMWCevolution也采用了普瑞的技术。
目前电池管理系统占德国普瑞的收入比重较小,我们认为由于公司在电动汽车电池管理系统上具有先发优势,随着电动汽车的推广,公司电池管理系统领域拥有广阔的市场空间。预计公司2013~2015年EPS分别为0.47、0.68和0.79元,维持“增持”评级。
不确定性分析:下游订单疲弱。
德赛电池:全球专业的锂电池电源管理系统(BMS)解决方案服务商,成长潜力巨大。
1、产品和技术(BMS):BMS(BATTERYMANAGEMENTSYSTEM)电池管理系统是电池与用户之间的纽带,为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。随着电池管理系统的发展,也会增添其它的功能。核心针对不同类型的电池特性差异、串并联、存储能量差异、寿命差异、电池电量估算困难等安全性问题。除了专业技术之外,也对产品的生产品质管控要求非常高,也代表了公司的壁垒。
2、公司下游应用广泛,拥有小中大的完整BMS解决方案。公司是锂电池BMS系统和封装市场龙头,产品包括电源管理系统和电池封装业务两大块,下游应用分三类:
2.1、微小型(蓝微电子)BMS及封装主要应用在消费电子电源应,属于高端领域市场占有率全球领先;致力于成为全球锂电池电源管理解决方案服务商,与三星、索尼、苹果、百得、宝时得等国际一流消费电子企业建立稳固合作关系。
2.2、中型主要是电动工具电池模组,电动工具分两类,一是室内,一般为3~5个电芯;另一个是户外,一般为10~30个电芯。公司是三星SDI电动业务的核心供应商;2.3、大型领域(参股公司亿能电子)主要针对新能源汽车领域,公司BMS产品性能领先、可靠性高,已经批量生产。产品已广泛应用于北京奥运会、上海世博会、广州亚运会、天津达沃斯论坛等国际性重大活动的纯电动公交大巴,北汽、长安、东风、福田、广汽、江淮、金龙等国内汽车厂的商用车、乘用车中,与中信国安盟固利、中航锂电、普莱德、天津力神等知名电芯厂开展了广泛合作,产品已经通过严格测试和汽车厂的试用,实现批量供货。
3、公司成长性。公司在高端消费电子领域牢牢的占据龙头地位,产品有从手机向平板、笔记本电脑的品类扩张潜力,也有从国际一线厂商向二三线消费电子厂商扩张的潜力;在电动工具领域,锂电芯的使用目前在全部锂电芯市场份额中排在第三位,仅次于智能手机和移动电脑,市场足够大;在电动车领域,伴随国内雾霾成为常态,国内环保意识的兴起,未来电动车市场将飞速发展,目前仅仅是导入期,而且汽车市场的单品价值更大。
4、业绩分析。我们预测未来2年公司销售收入成长性在35%左右,考虑到公司毛利率的下滑,我们稳健预测公司2014和2015年每股收益分别为1.95和2.64元,考虑到公司在中大型BMS解决方案的渗透能力,我们认为可以给予2014年动态33倍左右的PE水平,给予64元的目标价,“买入”评级。

电池网微信












