Patrón de competencia en el mercado de los SGE y oportunidades del sector
El mercado de chips BMS ha estado monopolizado durante mucho tiempo por empresas europeas y estadounidenses como TI, ADI y NXP. Aprovechando las ventajas de la máquina terminal y la cadena de la industria de baterías, China tiene mucho que decir en el desarrollo de BMS de marca independiente.
Además, la fuerte demanda de la industria china de vehículos de nueva energía se convertirá en una importante fuerza motriz para el desarrollo de la industria de BMS, y los fabricantes chinos de BMS tendrán mejores oportunidades de desarrollo en el futuro.
El chip BMS es capaz de controlar la batería en tiempo real para evitar sobrecargas, sobredescargas, sobretensiones, sobrecorrientes y sobretemperaturas, con el fin de garantizar el buen funcionamiento del sistema de baterías y prolongar su vida útil.
El SGE de arquitectura distribuida se convierte en la tendencia de desarrollo futura
En cuanto a la composición de la tecnología, BMS incluye principalmente tecnología de chip central BMS, diseño de arquitectura de sistemas BMS, desarrollo y pruebas de hardware integrado, desarrollo y pruebas de software integrado, pruebas de integración de software y hardware, tecnología de seguridad funcional, etc.
Desde el punto de vista del hardware, el hardware del BMS es el BMIC, que incluye principalmente chips como el AFE, la MCU, el ADC y el aislador digital. Entre ellos, el chip front-end analógico AFE se utiliza para recopilar información como el voltaje y la temperatura de la célula, y también soporta las funciones de equilibrado de la batería. En general, el chip integra funciones de equilibrado pasivo;
El chip MCU del BMS desempeña la función de procesar la información recogida por el chip AFE del BMS y calcular el estado de carga (SOC); El aislador digital se utiliza principalmente para la comunicación digital entre alta y baja tensión para realizar la función de aislamiento eléctrico entre los módulos de alta y baja tensión.
Desde el punto de vista de la topología, los sistemas de gestión de edificios pueden dividirse en tres tipos: sistemas de gestión de edificios centralizados, sistemas de gestión de edificios distribuidos y sistemas de gestión de edificios semicentralizados, en función de los requisitos de cada proyecto.
●BMS centralizado: El BMS centralizado puede reunir todas las baterías con un solo hardware de BMS, que tiene las ventajas de su bajo coste, estructura compacta y alta fiabilidad. Suele ser habitual en baterías pequeñas con poca capacidad, baja tensión total y poco volumen del sistema de baterías;
●BMS distribuido: El BMS distribuido adopta una estructura maestro-múltiple-esclavo. El controlador esclavo se encarga de funciones como la recogida y ecualización de la tensión y la temperatura. Un controlador esclavo gestiona varias baterías.
El control principal y la comunicación de bus de control esclavo adoptan la estructura de BMU (controlador de gestión de la batería) + CSC múltiple (unidad de gestión única), que puede separar de forma independiente las funciones del módulo de la batería;
●Sistema de gestión de edificios semicentralizado: El BMS semicentralizado adopta BMU + un pequeño número de grandes CSC, que pertenece a la aplicación combinada de centralizado y distribuido, y se utiliza en paquetes de baterías con extrañas disposiciones de módulos.
En los últimos años, con el continuo desarrollo de los sistemas de baterías de alta capacidad, alto voltaje total y gran volumen, los BMS con arquitectura distribuida se han utilizado cada vez más en escenarios más complejos, como los grandes paquetes de baterías, y se han convertido en la tendencia de desarrollo futuro de los BMS.
El sistema BMS distribuido conectado tiene una mayor ventaja en cuanto a costes, y su uso será cada vez más generalizado en el futuro. En cuanto al tamaño del mercado, gracias al rápido desarrollo de sectores como el almacenamiento de energía y los vehículos de nueva energía en los últimos años, el mercado de BMS ha crecido rápidamente.
Según los datos de 2021, se espera que el tamaño del mercado mundial de BMS sea de 6.512 millones de dólares estadounidenses, y se espera que alcance los 13.100 millones de dólares estadounidenses en 2026, con una CAGR de 15%. La demanda del mercado chino de BMS en 2021 será de 10.000 millones de RMB. En el futuro, con la expansión del mercado de vehículos eléctricos y la mejora de los requisitos de eficiencia de las baterías, se espera que el mercado de BMS logre un crecimiento constante.
Tres tipos de empresas en el mercado de los SGE
En la actualidad, en el mercado de los sistemas de gestión de baterías participan principalmente tres tipos de empresas: fabricantes de vehículos, fabricantes de baterías y fabricantes de terceros. Los tres tienen sus propias ventajas e inconvenientes y su propio enfoque, y todos esperan aprovechar las enormes oportunidades de desarrollo que trae consigo la transición energética bajo el trasfondo del "carbono dual".
En concreto, los fabricantes de vehículos representados por BYD, Tesla, Geely, BAIC y Xiaopeng tienen una gran fuerza integral. Integrar el negocio de sistemas de baterías de potencia, incluido el BMS, mediante la absorción de talentos en fases anteriores, adquisiciones y cooperación estratégica. Tras la integración, a través de la investigación y el desarrollo independientes, la tecnología básica se aplicará a sus propios productos para mejorar las prestaciones de seguridad de las baterías de potencia de los vehículos.
Los fabricantes de baterías representados por CATL, Sunwoda, Desay Battery, AVIC Lithium Battery y Guoxuan High-Tech suelen abarcar múltiples eslabones, como baterías, BMS y PACK. Estas empresas tienen una gran solidez técnica y han acumulado datos básicos sobre baterías durante muchos años, por lo que pueden aplicar BMS a los paquetes de baterías y venderlos a los clientes finales como un todo.
Además, los fabricantes de terceros representados por Texas Instruments, Analog Devices, Infineon, STMicroelectronics, Kelie Technology, Super Thinking, Synergy Technology, Huatai Semiconductor y Shengbang cuentan con equipos de I+D muy profesionales.
Con una gran solidez técnica y una rápida capacidad de iteración de productos, obtiene beneficios principalmente vendiendo productos, soluciones y servicios BMS a fabricantes de baterías y fabricantes de terminales, pero su relación con los clientes de terminales es relativamente inestable.
En términos de patrón de competencia, según los datos, en 2022, Findreams Battery (filial de BYD), CATL, Tesla, Huting Power, Ligao Technology, la capacidad instalada de 1.611.724, 659.503, 441.651, 392.025, y 358.588 conjuntos, respectivamente, se encuentra entre los cinco primeros en la industria, con una cuota de mercado total de 66,20%.
Cabe mencionar que, entre los BMS de muchos fabricantes, el sistema BMS de Tesla es uno de los más complejos y técnicamente difíciles. Esto se debe principalmente al diseño de grupo único de Tesla de un gran número de cilindros. Pilas 18650así como 4680 grandes baterías cilíndricas.
En la época del modelo S, Tesla utilizaba 7104 baterías en todo el coche, cada 74 baterías estaban conectadas en paralelo para detectar el voltaje, y cada 444 baterías tenían 2 puntos de detección de temperatura. Todo el paquete de baterías tiene 16*6=96 puntos de muestreo de tensión y 32 puntos de muestreo de temperatura. Se puede observar que un gran número de datos muestreados aumenta la dificultad de la gestión de la batería, y finalmente se depende de un BMS de alto rendimiento para establecer una estrategia de control razonable para estos datos.
La gran complejidad del paquete de baterías también ha permitido a Tesla acumular una fuerza considerable en el campo de los BMS. En cambio, la complejidad del BMS de otros fabricantes es muy inferior a la de Tesla. Por ejemplo, el ID.3, el primer vehículo eléctrico de la plataforma MEB de Volkswagen, utiliza hasta 12 módulos de baterías, y su algoritmo de gestión de baterías es relativamente sencillo.
Principales aplicaciones del SGE
En la era de las nuevas energías, básicamente todos los terminales que utilizan baterías de litio necesitan instalarse con BMS para la protección de la batería, lo que se ha convertido gradualmente en una necesidad rígida.
Desde la perspectiva de las aplicaciones derivadas, las aplicaciones derivadas de BMS incluyen principalmente la electrónica de consumo, la industria y los vehículos de nueva energía. Entre ellas, las baterías para vehículos de nueva generación representaron 54%, las de electrónica de consumo 22% y las industriales y otras 24%.
Desde la perspectiva del desarrollo de los BMS chinos, en el campo de la electrónica de consumo y el control industrial han aparecido en el mercado muchos chips de gestión de baterías de marca china. Sin embargo, en el campo de las baterías de potencia utilizadas en vehículos de nueva energía, los chips BMS siguen dependiendo de chips importados de otros países, y hay muy pocos chips fabricados en China.
Mercado de la electrónica de consumo
En el mercado de la electrónica de consumo, los teléfonos móviles, los PC, los PAD, los relojes, los auriculares y otros productos son principalmente productos con cadenas bajas (1-4 cadenas). Los BMS desempeñan un papel en la medición, la seguridad, la gestión de la carga y otras funciones, y la mayoría de los productos de hardware son SoC.
Debido a la dificultad técnica relativamente baja, en los últimos años ha surgido en China un gran número de operadores en el campo de los SGE de electrónica de consumo, que han ido completando gradualmente la sustitución de los productos chinos en el mercado principal de telefonía móvil y ocupando una posición dominante en mercados emergentes de electrónica de consumo como el de los auriculares TWS.
Sin embargo, hay que señalar que, aunque los fabricantes chinos se están desarrollando rápidamente, sigue habiendo cierta distancia entre el nivel técnico actual y el de fabricantes internacionales como TI y ADI.
Mercado industrial
En el mercado del control industrial, las aplicaciones terminales de los chips de gestión de baterías incluyen principalmente herramientas eléctricas, drones, robots industriales y almacenamiento de energía. Los productos del ámbito industrial se caracterizan por un gran número de cadenas de baterías, una alta tensión de trabajo y una fuerte corriente, por lo que tienen elevados requisitos técnicos para las fuentes de alimentación y los chips de gestión de baterías. Las principales empresas internacionales son TI y Rohm, y las chinas son principalmente Nuvoton y Zhongying Electronics.
Desde la perspectiva de la forma del producto de hardware, el BMS de las herramientas eléctricas se basa principalmente en la combinación de AFE+MCU+ecualización activa+aislamiento/comunicación/chips de protección, mientras que el BMS en el campo del almacenamiento de energía se basa principalmente en soluciones de AFE+chips de protección. TYCORUN ENERGÍA fabricante de baterías de iones de litio odm también ofrece BMS para el almacenamiento de energía doméstica. Si desea obtener más información sobre el producto, haga clic en la imagen para acceder a la página del producto.
BMS de batería de litio TYCORUN ENERGY
Tomando las herramientas eléctricas como ejemplo, en los últimos años, las herramientas eléctricas inalámbricas alimentadas por baterías de litio han tenido una gran acogida debido a sus ventajas de ligereza, cómodo manejo y fácil portabilidad. Solo en 2021, el volumen de ventas de herramientas eléctricas en China será de 220 millones de unidades, y el espacio de mercado es enorme.
En este mercado, además de la disposición de empresas cotizadas como Zhongying Electronics y Chipsea Technology, en los últimos años han surgido muchas empresas emergentes como Huatai Semiconductor y Yuchuang Semiconductor.
Mercado de vehículos de nueva energía
En el mercado de los vehículos de nueva energía, el coste y el rendimiento de la propia batería se han convertido en los puntos clave para el éxito del OEM, y el kilometraje, la carga rápida y el coste de la batería están estrechamente relacionados con la optimización del BMS.
En cuanto al mercado de motocicletas eléctricas de dos ruedas, los productos con 6-16 cadenas son los principales, y la dificultad técnica es relativamente alta. La seguridad de los tipos de chip exigidos por BMS es una necesidad, pero la mayoría de ellos no necesitan ser medidos.
El chip de protección de la batería de litio puede realizar protección contra sobretensión (OV), protección contra subtensión (UV), protección contra sobrecorriente de descarga (DOC), protección contra cortocircuito (SC), protección contra sobrecorriente de carga (COC), protección contra alta temperatura (OT) y protección contra baja temperatura (UT) y otras funciones,
También integra un circuito de accionamiento equilibrado, que puede lograr un equilibrio interno de corriente pequeña, y también se puede ampliar externamente para lograr un equilibrio de corriente grande, lo que mejora en gran medida la seguridad de las dos ruedas. batería de moto.
Haga clic en la imagen para obtener información sobre las perspectivas de la batería de la motocicleta y la estación de intercambio.
Más difícil que el desarrollo del BMS para vehículos de dos ruedas es el sistema BMS para vehículos de nueva energía. Se entiende que los chips centrales del sistema BMS a nivel de vehículo incluyen principalmente el BMS AFE a nivel de vehículo, la MCU y los chips de interfaz de comunicación de aislamiento digital. Debido a que se trata del sistema de alimentación del vehículo, el periodo de verificación del producto de chip AFE BMS a nivel de vehículo alcanzará de 1,5 a 2 años, y se tardará al menos 4 años desde la definición del producto hasta el moldeo.
Además, para el duro entorno de las aplicaciones de automoción, además de la fiabilidad necesita cumplir las normas de calidad AEC Q100 Grado1, también necesita cumplir la certificación ISO 26262 de nivel de integridad de seguridad de automoción ASIL-D. Se puede observar que el umbral exhaustivo para los chips AFE de automoción es muy alto. Por lo tanto, hasta ahora, el mercado de BMS para vehículos de nueva energía sigue estando monopolizado por empresas líderes analógicas como ADI, TI, ST, Infineon, NXP, Renesas y Panasonic.
En el contexto de esta ronda de escasez de chips, justo cuando se disparan las ventas de vehículos de nueva energía, los fabricantes chinos de terminales y de baterías de litio tienen una fuerte demanda de chips fabricados en China. El BMS de potencia se está abordando desde distintos ángulos, y algunos fabricantes han realizado algunos avances en sus productos y tecnologías.
Por ejemplo, en lo que respecta a las MCU para automoción, fabricantes chinos como Jayflex Technology, Allwinner Technology, Zhaoyi Innovation, CoreTech, Saiton Micro, Xiaohua Semiconductor, Core Ocean Technology, Cloudway Semiconductor y CoreTech Micro ya han superado uno tras otro la certificación AEC-Q100 para automoción.
Pensamiento final：
En el futuro, con la continua promoción de la estrategia de "neutralidad de carbono", la industria automovilística de nuevas energías de China marcará el comienzo de un lustro dorado, que se espera que proporcione un amplio espacio de océano azul en el mercado para la aplicación de chips BMS. El mercado de chips BMS ha estado monopolizado durante mucho tiempo por empresas europeas y estadounidenses como TI, ADI y NXP. Independientemente de que sean de consumo, industriales o de automoción, más de 90% de ellos se importan de otros países, y la tasa de producción en China no es alta, por lo que un avance en la producción china es muy importante.
Aprovechando las ventajas de la máquina terminal y la cadena de la industria de baterías, China tiene mucho que decir en el desarrollo de BMS de marca independiente, y la fuerte demanda de la industria china de vehículos de nueva energía se convertirá en una importante fuerza motriz para el desarrollo de la industria de BMS.
Lo que cabe esperar es que, en el contexto del vigoroso desarrollo de los semiconductores en China, los chips de gestión de baterías experimenten nuevos avances en los próximos 3-5 años, con el fin de hacer realidad la sustitución de la producción china en áreas clave como los vehículos de nueva energía y otros BMS de gama alta.
