可再生能源消纳深度报告-从电力储能产业链到BMS

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 Email:shiwf@cgws.com 执业证书编号 :S1070515080002 联系人： 竺艺 0755-83753659 Email:yzhu@cgws.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