可再生能源消纳深度报告-从电力储能产业链到BMS-solarbe文库

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http//www.cgws.com 请参考最后一页评级说明及重要声明投资评级推荐（首次）施伟锋 0755-83665774 Emailshiwfcgws.com 执业证书编号 S1070515080002 联系人竺艺 0755-83753659 Emailyzhucgws.com 从业证书编号 S1070115060007 股票名称 EPS PE 15E 16E 15E 16E 均胜电子 0.63 0.82。 49 38 德赛电池 1.42 1.79 40 32 安科瑞 0.62 0.76 56 46 科陆电子 0.55 0.94 52 29 阳光电源 0.78 1.11 35 25 南都电源 0.32 0.50 57 37 易事特 0.96 1.21 48 38 数据来源 Wind 行业表现数据来源贝格数据相关报告 2015-11-03 可再生能源消纳深度报告之二从电力储能产业链、海外运营公司再到 BMS详细解析可再生能源消纳离不开电力储能的支持，电力储能牵涉到的不同设备子行业具有不同的投资价值。海外用于工商业及民用的电力储能公司已经崛起，相关模式与技术值得关注。电池管理系统制约着电化学储能的安全性，决定了储能未来的发展。建议重点关注当前已有电力储能项目整体运营规划与布局的科陆电子、阳光电源、南都电源、易事特等，以及已有电池管理系统研发基础或拥有海外技术支持的均胜电子、科列技术、德赛电池、安科瑞等。  电化学储能更适合当前的发展电化学储能在当前大力发展可再生能源、分布式发电以及智能微网项目的背景下，相比机械式储能与电磁式储能由于建造容易、增减方便等原因更具有实际经济价值。  电池与电池管理系统子行业具备投资价值电化学储能主要由电池、电池管理系统、储能变流器、数据采集及监控系统组成，由于各子行业的处于不同发展阶段以及行业格局有所不同，通过研究分析认为电池和电池管理系统子行业具备一定的投资价值。  国外储能公司经验凸显电池管理系统至关重要通过对国外成功的电力储能公司以及电动汽车公司分析，电池管理系统在其中发挥了非常重要的作用。成熟可行的算法以及对电池具体工况的理解是研发制造一个优秀电池管理系统的基础。  动力电池 BMS 处于成长期动力电池 BMS 行业处于成长期，当前企业体量较小，欲进入该行业的企业众多，但技术壁垒高，国产 BMS 质量与功能还有待提高。随着新能源汽车持续放量，动力电池 BMS 行业将得到高速发展。  储能 BMS 处于萌芽期，发展潜力巨大储能 BMS 尚处于萌芽期，多数厂家尚未涉足，行业缺乏引领者。现有多数动力电池 BMS 厂商具备一定的制造储能 BMS 的能力，未来储能 BMS 成长空间巨大。  风险提示储能产业政策不达预期；新能源汽车推广低于预期；电池管理系统行业竞争加剧。 -60 -40 -20 0 20 沪深 300 电力设备与新能源要点投资建议分析师证券研究报告电力设备与新能源行业 | 行业深度报告 2015 年 12 月 01 日重点推荐公司盈利预测行业深度报告长城证券 2 请参考最后一页评级说明及重要声明 wo 目录 1. 电化学储能更适应当前的发展 . 4 2. 电化学储能的产业链分析 . 5 2.1 储能系统组成与作用原理 5 2.2 各类设备子行业格局 7 2.3 小结电池与电池管理系统产业存在投资机会 9 3. 储能成本收益分析及未来趋势 . 10 4. 国外储能公司介绍与总结 . 11 4.1 德国 Younicos 公司 11 4.2 美国 JLM Energy 公司 12 4.3 特斯拉的动力储能系统 13 4.4 小结得 BMS 者得天下 . 14 5. 储能 BMS 与动力电池 BMS 解析 15 5.1 起火事故与 BMS 系统 15 5.2 BMS 基本信息介绍 15 5.3 动力电池 BMS 与储能电池 BMS 比较 . 17 5.4 动力电池 BMS 产业格局不均衡的三分天下 . 17 5.5 储能 BMS 产业格局主导者缺位的竞技场 . 19 5.6 储能电池与动力电池 BMS 的市场规模 . 19 5.7 国内 BMS 公司列表 20 6. 相关上市公司介绍 . 22 行业深度报告长城证券 3 请参考最后一页评级说明及重要声明图表目录图 1 储能系统组成 . 5 图 2 储能系统图例 . 5 图 3 电池内部结构组成 . 6 图 4 储能系统与电网的连接 . 7 图 5 电池与 BMS 的结合模式 . 7 图 6 BMS 实物图 8 图 7 变流器原理图 . 9 图 8 数据采集与监视控制系统概览 . 9 图 9 Younicos 公司运营模式 11 图 10 储能系统图 . 11 图 11 JLM Energy 公司运营模式 . 12 图 12 电池与 BMS 的结合模式 . 13 图 13 储能系统与电网的连接 . 13 图 14 BMS 的重要技术构成 14 图 15 动力电池 BMS 功能组成 . 15 图 16 BMS 的组成部分 16 图 17 动力电池 BMS 与整车的连接 . 16 图 18 专业 BMS 的销售路径及特点 . 18 图 19 动力电池 BMS 和储能电池 BMS 参与厂商 19 表 1 各地峰谷电价差 . 10 表 2 动力电池 BMS 的功能与相关信号及执行器件 15 表 3 2020 年电池管理系统（ BMS）预测 20 表 4 国内主要 BMS 公司汇总 . 20 行业深度报告长城证券 4 请参考最后一页评级说明及重要声明 1. 电化学储能更适应当前的发展在上一篇可再生能源消纳深度报告之一电力储能的技术、应用、政策与市场空间分析中，我们对三类电力储能技术中的九个子类进行了较为详尽的分析，并比较了各类储能技术的优缺点及实用性。从技术成熟角度、产业化角度以及商业化应用角度，当前比较具有商业价值与可行性的储能方式有机械式储能中的抽水蓄能技术以及压缩空气储能技术，电化学储能中的锂离子电池技术、铅酸电池技术、铅炭电池技术等。首先，电化学储能在当前大力发展分布式可再生能源、智能微网项目的情形下，由于建造容易、增减方便等原因更具有研究和讨论的价值。其次由于抽水蓄能技术的应用更多的属于工程领域应用，本报告由于行业原因将不做详细的衍生。暂不考虑当前商业利用价值较低的电磁储能技术，对于机械电力储能与电化学电力储能，我们更看好电化学电力储能未来在中国的高速发展，主要基于以下两个方面的原因。  灵活与便捷性方面电化学储能方式多以集装箱的形式进行配置，单个集装箱体量的储能容量可达到 0.5MWh 或 1MWh，如需增减，较为容易。且电化学储能可以对中国未来在经济发达地区将大力发展的分布式可再生能源发电、智能微网等进行较好的补充。机械式储能无论是抽水蓄能还是压缩空气储能，占地都非常大，且对环境的地理状况要求较高，建设周期较长。此外，如果大范围地建设工程项目也面临较大的人员搬迁以及一系列衍生出来的问题。因此在灵活与便捷性方面，电化学储能的优势非常明显。  成本方面电化学储能的成本以锂电池为例，较好的电力级储能的价格在 4000 元 /KWh 以上，按正常的状态下可以使用 10 年计算，度电的成本在 1.1 元左右。机械式储能中大规模应用的抽水蓄能电站在从各省公布的某抽水蓄能电站规划来看，造价约为 3000-5000/KW，且单机的建设规模很大，投资为几十亿起，从时间角度来看一个抽水蓄能电站的建造周期大约在 5-10 年，而一个抽水蓄能电站的规模都在几十至上百万 KW，因此还涉及到了大量的融资成本。机组使用寿命大致在 25 年，水工建筑物使用寿命达到百年。因此在成本方面，尽管从单价角度来看，机械式储能更为便宜，但所牵扯到的各类隐形成本以及复原成本不仅难以预估而且体量较大，当前我国建设完成的抽水蓄能电站的利用率并不高，因此即使从成本的角度来考虑，机械式储能也不具备明显的优势。行业深度报告长城证券 5 请参考最后一页评级说明及重要声明 2. 电化学储能的产业链分析 2.1 储能系统组成与作用原理电化学电力储能设施主要包含三个主要的系统储能系统主要由四个部分组成，即由电池和电池管理系统（ BMS）组成的蓄电池组，储能变流器（ PCS）以及对整个系统进行监控以及通讯的系统。事实上为了保持电力储能设备在正常的工况下运行，还需要配备工业空调、消防设施等。图 1 储能系统组成资料来源长城证券研究所整理图 2 储能系统图例资料来源公司网站行业深度报告长城证券 6 请参考最后一页评级说明及重要声明电池是储能装置的核心，当前可用于储能的电池品类主要包括磷酸铁锂电池、三元锂电池、铅酸电池等，未来铅炭电池、液流电池等都将有可能成为储能电池。由于储能系统对于电池电量的需求较大，因此通常需要对单个电池进行大量的串并联以达到大电量要求的需要，设计方面要求较高。图 3 电池内部结构组成资料来源国网电力科学院电池管理系统（ BMS）负责监控各单体蓄电池的工作状态，通过通讯的方式上传电池相关信息和状态，防止电池的过充与过放。此外储能的 BMS 系统还需要与电网进行通讯，控制谐波、频率等关键参数。而动力电池的 BMS 系统还需要与充电桩进行通讯，保障充电时的电池。储能变流器（ PCS）可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。 PCS 由 DC/AC 双向变流器、控制单元等构成。 PCS 控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。 PCS 控制器通过 CAN 接口与 BMS 通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。监控通讯系统是电池、电池管理系统以及变流器之间的连接纽带，并同时与电网的监控系统相连接，主要是完成储能系统的内部信息采集、控制以及监测，并实现对多个蓄电池组及 PCS 的系统管理，协调 PCS 与 PCS 之间，以及 PCS 与电池组之间的工作。此外，储能监控系统还负责电池管理系统（ BMS）与配电网调度系统接口，接受调度指令，完成诸如蓄电池充放电控制、独立离网系统支持、削峰填谷以及新能源发电平滑输出等电网实际应用。上述四个部分构成了电力储能系统，相互影响相互作用。行业深度报告长城证券 7 请参考最后一页评级说明及重要声明图 4 储能系统与电网的连接图 5 电池与 BMS 的结合模式资料来源国网电力科学院资料来源国网电力科学院蓄电池组、变流器（ PCS）与监控系统三者之间的具体相互作用图 4 所示。电池管理系统（ BMS）事实上还可以分为两级结构，即电池管理单元 BMU和 BMS。 BMS 负责收集全部 BMU 信息，同时检测电池组总电流，并实现各种报警和保护功能。储能系统的产业链分析本节接下来将简要介绍一下储能系统四个组成部分的行业格局与主要公司。 2.2 各类设备子行业格局  电池产业行业格局电池行业格局将分铅酸电池和锂电池两个角度来阐述，这两种电池也是中国当前使用最多的储能电池。铅酸电池从 20 世纪 60 年代逐渐商用以来，已经发展了 50 多年，由于环保需求当前多国逐渐放弃，而中国也将于 2016 年 1 月 1 日开始征收 4的铅酸电池消费税，将进一步削减众多厂商本就不高的利润。锂电池行业，在中国市场占有率高的有 ATL、力神、比亚迪、比克电池，三星和 LG 电池两大锂电池巨头也相继在中国设厂，其中三星已于 15 年年底投产，此外以前从事铅酸电池生产以及 3C 类电子产品电池生产的较多上市及非上市公司纷纷新增大容量锂电池的生产线。市场的供给可以预计在明后年达到空前的鼎盛，因此市场上出现了 16 年锂电就会过剩的言论，关于明年锂电会不会过剩，需要综合考虑需求与供给的数量，即今年各公司的锂电产能与明年新增产能以及通过测算的锂电池明年的需求来定。而明年的锂电需求，不仅仅是单纯考虑 3C 产品以及动力电池的需求，还需要考虑可能爆发的电力储能的需求，在本报告中具体锂电的供求关系暂不进行计算。总的来说，随着电池产能的提升、自动化程度加大、未来对电池的要求日益提高，一些中小电池厂商必然承压，未来产业的集中度将提升。  电池管理系统行业格局从最早期的应用于 3C 电子产品的很小型的电池管理系统，到当前的动力电池电池管理系统以及未来应用于储能的电池管理系统，三者的难度不可同日而语。总体说来， 3C 产品行业深度报告长城证券 8 请参考最后一页评级说明及重要声明的电池管理系统最简单，动力电池的 BMS 和储能 BMS 的研发较为复杂，但两者的要求又各有不同，具体的不同之处将在第五章涉及。大功率的电池管理系统（以动力电池 BMS 为主，储能电池极少）当前随着电动汽车的兴起而逐渐放量，当前处于行业的成长期，行业的集中度较低，企业数量少且偏少。电池管理系统的厂商主要有三类，各大车厂、电池厂家以及专门从事 BMS 系统开发的厂商，三者的竞合关系将在本报告第五章探讨。专门从事 BMS 系统开发的厂商有均胜电子、亿能电子、科列技术、哈尔滨冠拓、安徽力高、东莞钜威新能源有限公司、杭州高特电子等。图 6 BMS 实物图资料来源公开资料电池管理系统（ Battery Management System 简称 BMS）主要针对二次锂电池，实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息，与外部设备如整车控制器交换信息，解决锂电池系统中安全性、可用性、易用性、使用寿命等关键问题，主要作用是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。  变流器行业格局该行业的行业集中度极低，可以生产相关产品的大小公司不计其数，相关技术也已经较为成熟。变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备，包括整流器（交流变直流）、逆变器（直流变交流、交流变流器交流变频器和直流变流器（直流斩波器）。行业深度报告长城证券 9 请参考最后一页评级说明及重要声明图 7 变流器原理图资料来源公开资料  数据采集与监视控制系统行业格局该行业集中度度低，尽管所涉及的电力、政府、燃气等公司具备较强的进入门槛，但是由于技术壁垒低，基本处于产业的成熟期，所以从事的企业较多，如国电南自、南瑞、四方电子、集成电子、清华紫光、清华同方、东方电子等。数据采集与监视控制系统是以计算机为基础的 DCS 与电力自动化监控系统；应用领域很广，可以应用于电力、冶金、石油、化工、燃气、铁路等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。图 8 数据采集与监视控制系统概览资料来源公开资料 2.3 小结电池与电池管理系统产业存在投资机会上述电力储能涉及的四个子行业的行业格局与发展阶段表明了以上四个子行业所处在的不同成长阶段以及竞争格局，从中可以看出尚具备投资价值的是电池产业和电池管理系统产业。电池产业的投资价值已经在较多报告中所提及，本报告将在第 5 章详细阐述电池管理系统的相关情况。行业深度报告长城证券 10 请参考最后一页评级说明及重要声明 3. 储能成本收益分析及未来趋势在本文之前的章节已经对电力储能的各类优势进行了较多的介绍，但是一项技术否能够真正应用于工程实践中，还需要进行具体的基于工程实际的成本收益分析。首先需要指出的全国的工业用电普遍存在较大的峰谷电价差，即白天电价高晚上电价低。这种差距在全国各地并不相同。总体而言，峰谷电价差大约在 0.9 元左右。与工业电价有较为明确的峰谷电价差不同，民用电领域在我国的峰谷电价并不明显，因此在我国民用领域电力储能还有待开发，需要未来更多的政策支撑。表 1 各地峰谷电价差地区高峰电价（元）平段电价（元）低谷电价（元）深圳 1.105/1.085 0.825/0.805 0.2286 福建 0.863/0.848 0.435/0.427 浙江 0.975/0.955/0.940 0.376 上海 1.014/1.002/0.987 0.232/0.227/0.222 江苏 0.735/0.720/0.705 0.305/0.300/0.295 山东 1.252/1.240/1.238 0.797/0.789/0.788 0.342/0.339/0.338 北京 1.284/1.2653/1.2653 0.3053/0.3019/0.3019 四川 1.308/1.28/1.260 0.833/0.818/0.803 0.357/0.351/0.345 云南 0.714/0.700/0.687 0.535/0.525/0.515 0.356/0.350/0.343 资料来源公开资料按上一段的叙述，假设在实行电力改革之后，工业企业用电的峰谷电价差最高至少可以达到 0.9 元左右，这就是当前电力储能的价值所在。根据我们对国内多家较为知名的储能厂商进行调研，了解到当前工业级电力储能设备的价值大约在 4-5 元 /wh，即一度电的储能成本一次投资就是 4000-5000 元，价格非常高。但是由于电站及储能电池的性能较好，循环次数较多，每天充放电一次，对于磷酸铁锂电池的特性而言可以使用大约 10 年。采用简单方法进行估算，一天节省 0.9 元（峰谷电价最高差）， 1 年节省 328.5 元。如果要求的资本回报率是 6每年，另根据实际情况进行假设，峰谷电价差每年下降 5，通过较为简易的 NPV方法进行计算，则该套储存设备的价值是 1900元左右，而成本在 4000-5000 元，如果国家补贴大约 50-60，企业可以实现预定的经济价值。未来成本的下降以及资本回报的提升建议可以从两个角度进行解决第一个角度是资本回报率要求的下降，即如果政策性银行愿意提供价格较低的贷款进入基于可再生能源消纳的电力储能项目，则资本回报率可以达到更高或是国家补贴比例可以下降；另外一个角度是随着储能设施中的电池、变流器、电池管理系统等一系列产品的价格下调，电力储能设备完全有可能摆脱必须依靠国家补贴的状态，进入一个靠自身盈亏平衡的经营模式。行业深度报告长城证券 11 请参考最后一页评级说明及重要声明 4. 国外储能公司介绍与总结国外储能设施运用的范围及程度远远领先中国，原因主要来源于三点 1）国外发电侧中风能、太阳能等不稳定的可再生能源占比较高； 2）与国内大电网相比，国外的电网体系较小、较独立且分散； 3）从需求侧来看，国外的居民电价明显高于国内水平，民用电方面存在较大的峰谷电价差，户用太阳能系统较为广泛，适合开展家庭储能，并且也已经配套了实质的补贴政策 ,这一趋势在欧美、澳洲等国尤为明显。鉴于以上这些适宜的条件，美国、欧洲的一系列公司都已经取得了一定的成绩，值得中国意欲分享电力改革红利的企业学习，下文将分别介绍德国 Younicos 公司、美国 JLM Energy 公司的案例。华为、中兴等致力于做整套服务提高商的全球化公司近年也大力承接海外的储能电站项目。此外，由于特斯拉率先将原本用作笔记本电池的 18650 电池当做动力电池使用，对于电池管理系统也有很高的要求，因此也在本报告中有所提及。 4.1 德国 Younicos 公司德国公司 Younicos 是德国的一次电力调频市场的一个重要的储能管理公司，为世界上尝试进行一次调频领域探索的公司提供了研究的范本。该公司的已经在德国、西班牙、美国都有建成并已经投产的项目，未来项目将拓展至更多的国家。 Younicos 主要实现的是通过电池管理系统、能量控制系统以及相应的计算软件，将以风电、太阳能为主的可再生能源、作为备用的柴油机组与储能电站结合起来进行动态的安排，以达到发电端和需求端在安全基础上最大的匹配和最大的效益。 Younicos 公司主要通过控制电池对电力系统进行调频，因此事实上公司的主要优势在于电池管理。 Younicos 公司关于电池管理的核心能力来自于对各类电池性能的试验以及对于各类电池矩阵、并网技术的测试。通过大量实验数据的积累、多个试验及实际项目的多年运行经验，公司开发出了一系列可用于大电网、平台电力交易市场和电池管理之间的通信控制软件。正是这些软件的存在使得能效管理得到优化，电网建设和电力使用成本得到了降低，并且还可以降低电池的使用次数并进而延长电池的使用寿命。图 9 Younicos 公司运营模式图 10 储能系统图资料来源公司网站资料来源公司网站在这些智能软件中，有三类控制系统最具有实用价值。第一类是可以优化储能系统、风能、太阳能发电装置和备用发电机之间的控制系统。第二类控制系统是智能电力管理系统，该系统可以实现实时估算能够接入电网的可再生能源最大比例，同时综合考虑发电行业深度报告长城证券 12 请参考最后一页评级说明及重要声明侧与需求侧的数据，给出即使没有储能装置接入情况下能够接入的最大可再生能源的比例，保障可再生能源在电网安全运行的情况下的能够尽可能多地供应电力。第三类重要的控制系统是电池电站管理系统，该系统能够保障大容量电池顺利接入到所需要的电网中去。自 2013 年以来， Younicos 公司先后主导建设了德国第一个用于调频的储能电池项目和欧洲第一家商业储能项目。此后，公司又陆续在美洲、亚洲等地建设储能电站系统，这些储能系统旨在提供频率调节、黑启动、短路功率、电压控制等不可或缺的系统服务。这些服务事实上已经超越了传统的电力系统的服务领域，极度依赖 IT、通信、大数据、自动化等其他学科，储能在其中扮演着至关重要的调节作用，储能能够提供整个系统所需的调频调压、备用、削峰填谷等一系列功能。 4.2 美国 JLM Energy 公司与德国 Younicos 公司类似，美国加州的 JLM Energy 公司也并不是做电池的而是致力于做电池的储能系统的公司，不同的是，由于该公司主要面向商业及家庭这类中小用户，所以在其能实现的功能中还结合了互联网的功能实现了大数据监测平台的功能，使用户可以通过手机等电子产品时时感受到。而与德国 Younicos 公司不同的是 JLM Energy 公司是一个 2011 年成立的初创型公司，所承接的项目也与 Younicos 动则几百 kW 几 MW 的项目不同，多集中用于中小型的建筑、停车场等场合。 JLM Energy 的核心产品体系由在线监控平台 Measurz、储能管理系统 Energizr 以及需求响应管理工具 Powrz 组成，三者有机组合，构成了一个可用于小型系统的可再生能源监控、需求响应以及相应的储能管理的闭环。 JLM Energy 提供的电池储能系统实质上是一个具有云在线远程监控、实时需求响应管理等显著特点的智能微网系统。创新点在于在储能科技基础上还将储能方案和数据云平台连接起来，使用户尤其是小规模的家庭用户能够实时的通过云平台了解储能系统的运行状况。具体的工作流程是图 11 JLM Energy 公司运营模式资料来源长城证券研究所行业深度报告长城证券 13 请参考最后一页评级说明及重要声明首先由 Measurz 采集家用及储能系统中各设备的系统控制器，通过所分配的静态 IP 地址与互联网连接。然后， Measurz 将识别系统的序列号，并为系统用户提供一个用户名和密码，用户凭此可以来监测和控制能源系统。此外， Measurz 还为用户提供一个通用的能源建模和监控系统 Energy Storage Toolkit-EST，该系统可以监视整个能源系统的运行状况，并实时监测能源系统产生和消耗的能量，可以使用户能够实时监测能源系统的运行状况，并作出积极的用户侧响应，有效地减少用电成本及节能减排。第二个系统 Powrz 是该系统中的实时需求响应管理工具，可以对系统内各设备的启停、关断进行控制，是系统中的一个重要组成部分。该控制系统可以有效协调系统内各具体设备的用电需求。第三个系统 Energizr 是一个储能及储能管理系统，主要针对商业或民用住宅项目的并网或离网电力设施与储能设备进行协同管理。 Energizr 可以让各种形式的能源共存，让用户能够更为高效地利用由以风能、太阳能为主的可再生能源、大电网、储能电池存或是本地发电机供给的电能。此外， Energizr 系统还可以通过互联网或手机等电子设备与用户或当大电网进行通信，实现用户对能量储存系统的在线监控。特点与 Younicos 不同， JLM 定位于民用；在储能科技基础上还将储能方案和数据云平台连接起来，使用户尤其是小规模的家庭用户能够实时的通过云平台了解储能系统的运行状况。 4.3 特斯拉的动力储能系统特斯拉是电动汽车中的佼佼者，其首先将原来用作笔记本电池的 18650 锂电池运用到电动汽车中去，在这个运用曝光伊始，受到了众多的不理解和诟病，但是特斯拉最终将单体电量小且数量众多的锂电池连接成了每组 444 节（每 74 节一并联）、每车 16 组电池组，共计 7104 节锂电池，额定容量 85kWh，电压为 400V 直流电。图 12 电池与 BMS 的结合模式图 13 储能系统与电网的连接资料来源公开资料资料来源公开资料将 Tesla7000 多节甚至更多的锂电池成功地组合成一个整体为电动汽车提供动能，并不是一件容易的事情，因为锂电池的热特性和电特性并不出色、一致性的要求也很高，容易导致过热，因此这其中至关重要的就是有效的电源管理系统以及电池的监测系统。监测系统通过对电池组的电压、电量、温度等参数进行监测，来判断电池的状态，当某区域电池出现异常状态时，启用电源管理系统对该区域的连接进行处理，防止出现过充电、过放电、短路、超温等对电池有害的现象。此外 Tesla 还特意制作了一层减震、阻燃材料，行业深度报告长城证券 14 请参考最后一页评级说明及重要声明当出现火灾危险时，给予车主足够的逃生时间。这一设计在 Tesla 的起火事件中也体现出了作用，据称整个起火过程确实起火小燃烧慢。 18650 电池是特斯拉在对于各种电池特性进行多年实验后，最终做出的选择，并通过优良的电池管理系统对于七千多节电池进行了控制。 4.4 小结得 BMS 者得天下结合上述三个将储能与电力或电动车进行了很好地融合的公司案例，可以发现一个能够善于利用电池储能的公司必须拥有优秀的对于电池进行管控的能力，无论在电力储能领域还是在电动汽车领域，我们都有理由相信，各种功能是 0，而安全是 1。对于电池管控的能力又在以下两方面显示出来  对各类电池反复试验，进而对电池特性及故障模型的深刻理解。一般来说对电池的理解可以分为两个部分，其一是对电化学特性的了解，另一种则是对电池在工况运行之下所表征出来电流以及电压的特性。  具有一套先进的针对电池特性和故障模型的算法，能够准确判断出电池当前的准确状态图 14 BMS 的重要技术构成资料来源长城证券研究所这两种关键优势，前者来自于对于电池的反复试验以及工程实践经验，后者来自于对于编程算法的掌握。因此必须由一个能够横跨工程领域和算法领域的公司更可能在储能领域获得长足的发展。行业深度报告长城证券 15 请参考最后一页评级说明及重要声明 5. 储能 BMS 与动力电池 BMS 解析 5.1 起火事故与 BMS 系统近年来随着电动汽车的普及，电动汽车的事故已经在国内外并不鲜见，究其原因大多是由于电池出现了过充过放，相关事故的出现既不能单纯归咎于电池，又不能完全归咎于电池管理系统。更完整的说法应该是电池出现过充过放等故障之后， BMS 未能及时监测到并做进一步的处理或是切断，导致了起火等严重事故。如 2015 年 4 月 26 日发生在深圳的电动公交起火事件，就是由于电池过充而没能及时断电所致，类似的起火事件大多可以溯源至过充过放。 5.2 BMS 基本信息介绍  BMS 的功能 BMS 系统的功能如下图所示，通过对数据的探测、储存与分析计算，最终达到电量的显示功能、温度控制、防止过充过放以及电池组件电压和温度的平衡。具体的动力电池的 BMS 任务、输入信号以及执行器件如下图所示，储能 BMS 当前尚未兴起，但是所执行的任务以及传感器的输入信号是类似的。表 2 动力电池 BMS 的功能与相关信号及执行器件任务传感器输入的信号执行器件防止过充电池电压、电流、温度充电机避免过放电池电压、电流、温度电动机功率转换器温度控制电池温度冷热空调（风扇等）电池组件电压和温度的平衡电池电压和温度平衡装置预测电池的 SOC 和剩余行驶里程电池电压、电流、温度显示装置资料来源公司资料图 15 动力电池 BMS 功能组成资料来源公开资料行业深度报告长城证券 16 请参考最后一页评级说明及重要声明  BMS 的组成与连接 BMS 的原材料是 IC、线束、继电器与机壳，具体完成的功能从最初的电池相关数据采集存储与通信到电量计算、电池组 SOH 评估、主动或被动均衡、绝缘监测及漏电保护、电池故障分析及在线报警以及终端的数据显示。图 16 BMS 的组成部分资料来源公开资料，长城证券研究所整理动力电池 BMS 一端与电池相连，另一端又与整车的控制及电子系统相连接， BMS 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。图 17 动力电池 BMS 与整车的连接资料来源公司资料行业深度报告长城证券 17 请参考最后一页评级说明及重要声明围绕着这些功能， BMS 中的模块又分为主控模块与从控模块。主控模块包括了继电器控制、电流测量、总电压与绝缘检测和通讯接口等电路。从控模块主要包括了电压测量、温度测量、均衡管理、热管理和通讯等电路。动力电池 BMS 厂商在提供主控模块的基础上，可以根据客户的不同要求增减相应的从控模块，因此 BMS 的价格并不恒定。  BMS 的主要参数 SOC 的估算精度、 SOH 的估算精度、最高可测的电压和电流、电压电流以及温度的测量精度、工作温度范围、单个 BMS 可以控制多少个串联电池等。 5.3 动力电池 BMS 与储能电池 BMS 比较动力电池 BMS 的制造在中国已属不易，反复电池试验与处理算法似乎都不是中国当前技术的强项。而储能电池的 BMS 系统较之动力电池 BMS 系统在具体的实际使用中又有区别，分别表现在 1）储能电池 BMS 所需要管理的电源是 MWh 级别的，串并联的电池非常多，需要将这些电池成千上万枚电池有效地管理起来是一个系统工程。其次，要考虑储能系统需要与电网连接，电网对谐波、频率等有较高的要求，此外与电网通讯也会有相关的标准约束，并且电网也会出台较严格的并网要求与安全标准。 2）电动汽车的 BMS 需要在高温、震动的环境里工作，因此对可靠性及稳定性有着极高的要求，此外电动汽车涉及人身安全，相关测试极其严格。此外 BMS 所用的元件应当是汽车级的，与充电桩、汽车电子等相连时需要考虑大量的标准与要求，并应该符合电磁兼容。 5.4 动力电池 BMS 产业格局不均衡的三分天下如同在报告之前的部分提到的，动力电池的 BMS 的制造商主要包含三类第一类是最具主导能力的 BMS 的终端用户车厂，事实上国外 BMS 制造实力最强的也就是车厂，如通用、特斯拉等；第二类 BMS 的厂商是电池厂，包含电芯厂商与做 pack 的厂商，如三星、 ATL、欣旺达、德赛电池、拓邦股份等，不过技术的积累需要长时间，国内一些厂商从效率的角度出发，希望可以直接购买国外的技术，如均胜电子直接购买了德国普瑞，快速地切入到了高端汽车 BMS 的研发和制造中去；第三类 BMS 的制造商就是专业 BMS 的公司，此类厂商多有多年的电力电子技术积累，有高校背景或相关企业背景的研发团队，如科列技术、亿能电子等，此类厂商有两种销售渠道，一类是直接销售给车厂，另一类是通过电池厂进入车厂的供货序列，前者毛利行业深度报告长城证券 18 请参考最后一页评级说明及重要声明高但耗时长（通常在 1-2 年），后者毛利低但检测时间较短，不同的厂商根据自身实际技术、财务等情况的选择不同的路径。图 18 专业 BMS 的销售路径及特点资料来源长城证券研究所单从表述上看，容易认为在这三者车厂处于绝对的强势，电池厂作为车厂的重要供货商也具有比专业 BMS 更强的主导权，但是事实上这三者之间的竞合关系并非如此显著。譬如，尽管众多的国外车厂以及在国内占主导地位的车厂完全具有动力电池 BMS 的研发与制造能力，但是国内依然有很多小型车厂以及微型电动车的车厂并不具备动力电池 BMS 的研发实力，这些厂商对于 BMS 的研发仅限于理解和掌握 BMS 的特性，因此专业的动力电池 BMS 厂商可以进行产品的销售。此外，尽管有一定数量的专业 BMS 厂商的产品是通过电池相关厂商进入终端用户车厂中去的，专业 BMS 厂商会受到一些掣肘，但是行业格局并无绝对。如本章前部所介绍， BMS 与汽车的控制系统以及汽车电子系统相连接，是一个重要的连接器，汽车的相关系统需要与 BMS 相配合，因此占据了 BMS 的入口在一定程度上占据了与汽车控制系统和电子系统的连接。供应动力电池的电池厂是车厂的重要供应商，从采购的角度考虑，车厂并不希望倚靠单一强势的供应商，如果 BMS 是由电池厂提供的，那么从汽车电子系统适应的角度考虑，不太容易加入其他电池厂商，因此如果采用专业 BMS 厂商的产品，可以达到容纳多个电池供应商的目的，对于企业的供应商体系管理将十分有利。当然具体不同车企对于供应商的选择会有不同的考量，以上观点并不绝对。基于以上表述，我们认为尽管相对与车厂和强大的电池相关厂商，动力电池 BMS 专业制造厂商的规模和