4760
作者：九林
BMS 芯片，作為電池管理系統(tǒng)的核心，承擔(dān)著監(jiān)控電池狀態(tài)、保障電池安全、延長電池壽命等關(guān)鍵任務(wù)。它就像是一位默默守護(hù)電池健康的 “衛(wèi)士”，時(shí)刻關(guān)注著電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，確保電池在安全可靠的范圍內(nèi)運(yùn)行。
近年來，BMS 芯片市場呈現(xiàn)出一片火熱的景象。越來越多的企業(yè)看到了這個(gè)領(lǐng)域的巨大潛力，紛紛加入戰(zhàn)局。據(jù)了解，加上即將入局的玩家，已經(jīng)超過了50多家國產(chǎn)廠商進(jìn)入這一賽道。
?01、BMS芯片是什么？
BMS 電池管理系統(tǒng)是電池 pack 的核心組成部分。BMS 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)智能化 管理及維護(hù)各個(gè)電池單元，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，并延長電池的使用壽 命及監(jiān)控電池狀態(tài)。BMS 系統(tǒng)是電池中關(guān)鍵零部件，其主要由硬件電路、底層軟件和應(yīng)用層軟件組成。
BMS 中主要用到的芯片有 AFE、電量計(jì)、MCU、ADC、隔離芯片等。
模擬前端芯片（AFE）
AFE 芯片為 BMS 核心芯片。其中，AFE 模擬前端芯片（在 BMS 中專指電池采樣芯片），用來采集電芯電壓和溫度等信息，同時(shí)還要支持電池的均衡功能，通常來說芯片會(huì)集成被動(dòng)均衡功能。電量計(jì)，用于確定可充電電池中的剩余電量以及在特定工作條件下電池還能持續(xù)供電的時(shí)間，部分場合會(huì)集成于 AFE 之中。AFE原廠有亞德諾、德州儀器、意法半導(dǎo)體、松下、恩智浦、瑞薩、微芯、MPS、比亞迪半導(dǎo)體、琪埔維、大唐恩智浦、矽力杰、芯海、圣邦、賽微微電、中穎、鵬申科技、杰華特、力芯微、希荻微、華泰半導(dǎo)體、芯祥科技等。
計(jì)算單元（MCU）
MCU（Microcontroller Unit）作為BMS的核心計(jì)算和控制單元，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、電池狀態(tài)監(jiān)測、控制算法執(zhí)行、故障診斷、通信管理等功能。MCU原廠有德州儀器、意法半導(dǎo)體、恩智浦、英飛凌、瑞薩、中穎、兆易創(chuàng)新、芯海、國民技術(shù)、賽騰微、杰發(fā)、芯旺、小華半導(dǎo)體、云途、琪埔維、比亞迪半導(dǎo)體、芯馳、航順、先楫、旗芯微、上海航芯、芯擎、中科海芯、中微半導(dǎo)體、輝芒微、極海、曦華等。
ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）
ADC芯片的主要作用主要將BMS中的模擬信號(hào)進(jìn)行量化，生成能夠用數(shù)字表征的信號(hào)幅值。ADC原廠有德州儀器、亞德諾、微芯、恩智浦、類比、圣邦、思瑞浦、山海半導(dǎo)體、芯海、迅芯微、云芯、華泰半導(dǎo)體、芯動(dòng)神州、貝嶺、靈矽微、航天民芯等。、
?02、BMS 入局者不斷
在電池管理芯片行業(yè)，歐美廠商TI、ADI等占據(jù)了絕大部分的市場份額。
TI 在 BMS 領(lǐng)域可謂成績斐然。其旗下的電池采樣芯片擁有眾多料號(hào)，在迭代創(chuàng)新方面表現(xiàn)尤為突出。2019 年，TI 重磅推出了 3 - 6 節(jié)電池采樣芯片 BQ79606，該芯片的采樣精度小于 1.1mV，能夠在僅僅 1ms 內(nèi)完成堆疊的完整精度測量，即便面對高達(dá) 96 節(jié)電池的情況也能游刃有余，并且支持隔離式差分菊花鏈通信。此后，TI 在創(chuàng)新的道路上一路疾馳。2020 年和 2021 年，TI 快速對電池采樣芯片進(jìn)行迭代升級(jí)，將可測量的電池串?dāng)?shù)分別提高到 12 串、14 串和 16 串。
ADI早在2013年就率先推出了一款高性能電池采樣芯片LTC6804。在過去幾十年里面長期投資研發(fā)芯片和系統(tǒng)軟件，解決BMS系統(tǒng)里面的一系列問題。ADI在BMS方面的產(chǎn)品有三個(gè)特點(diǎn)比較突出，第一是精度非常高；第二則是長期可靠性高，十五年后的檢測精度還是很高；第三則是非常可靠，ADI的產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)過很多量產(chǎn)的實(shí)際車型的檢驗(yàn)，迭代到了第七代。
國內(nèi)在電池管理芯片已經(jīng)量產(chǎn)并實(shí)現(xiàn)營收的企業(yè)，主要有中穎電子、圣邦股份、力芯微、賽微微電、上海貝嶺、希荻微、中微半導(dǎo)體、芯?？萍?、賽芯電子、微源半導(dǎo)體、智融科技、鈺泰半導(dǎo)體、拓爾微、杰華特、比亞迪半導(dǎo)體，以及茂睿芯、創(chuàng)芯微等。
中國 BMS 行業(yè)起步較晚。從應(yīng)用市場來說，國內(nèi)目前在中低端消費(fèi)電子BMS領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)一定突破，性能靠齊國際水平，在手機(jī)、TWS耳機(jī)的鋰電池管理應(yīng)用上有多家大廠量產(chǎn)，同時(shí)筆記本電腦的應(yīng)用也得到認(rèn)可和采用。
中穎電子是國內(nèi)最早布局BMS電池管理芯片的企業(yè)，它在2012年成功推出了面向電動(dòng)自行車、電工工具、筆記本電腦的電池管理芯片。在BMS賽道上，中穎電子專注的是電池計(jì)量芯片、電池保護(hù)芯片、電池采樣芯片的研發(fā)。目前產(chǎn)品主要是SH36730系列，覆蓋3-5串、6-8串、10串、14串、16串電池。比如：SH367309是5-16串鋰電池BMS用數(shù)字前端芯片，適用于總電壓不超過70V的鋰電池Pack。較為特別的是，這顆AFE芯片中穎電子還集成了豐富的保護(hù)功能，包括充電保護(hù)、過放電保護(hù)、溫度保護(hù)、充放電過流保護(hù)、短路保護(hù)、二次過充電保護(hù)等。
賽微微電是國內(nèi)電池管理芯片產(chǎn)品線較為齊全的企業(yè)之一，最早是在2013年開始量產(chǎn)首款電量計(jì)芯片。其計(jì)量芯片已經(jīng)應(yīng)用在眾多電子產(chǎn)品中，因產(chǎn)品極低的功耗、超小尺寸的封裝和精準(zhǔn)的電量計(jì)量而廣受好評(píng)。比如：CW2217B是一款用于系統(tǒng)側(cè)的單節(jié)鋰電池電量計(jì)芯片，通過內(nèi)部高精度 ADC 采集電池的實(shí)時(shí)電壓、電流和溫度，結(jié)合內(nèi)置電池模型，可精準(zhǔn)計(jì)算電池剩余電量（SOC）。該芯片采用 WLCSP 封裝，尺寸僅為 1.58x1.53mm，工作電流低至 12μA，檢流電阻可低至 1mΩ，還能記錄電池的充放電循環(huán)數(shù)（Cycle），計(jì)算電池的健康狀態(tài)（SOH）。
芯海科技的BMS產(chǎn)品2019年立項(xiàng)，2020年小批量，隨后進(jìn)入大批量供貨。目前，芯?？萍嫉?strong>單節(jié) BMS 芯片已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模出貨，其應(yīng)用于手機(jī)等消費(fèi)電子領(lǐng)域。另外，2024 年一季度其新品 2-5 節(jié) BMS 的出貨量也大增。其中，2-4 節(jié) BMS 芯片 CBM8580 在筆記本電腦、電動(dòng)工具、掃地機(jī)器人等應(yīng)用場景獲得了較多客戶認(rèn)可。在 2023 年該芯片就進(jìn)入國內(nèi)多家品牌客戶量產(chǎn)導(dǎo)入階段。比如，CBMX58X 系列中，CBM8580是一款基于 2-4 節(jié)串聯(lián)鋰離子或鋰聚合物電池組的單芯片全集成方案，可為 2 節(jié)、3 節(jié)和 4 節(jié)串聯(lián)鋰電池組提供電量監(jiān)測、保護(hù)和認(rèn)證等功能，可廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、醫(yī)療設(shè)備、電動(dòng)工具、掃地機(jī)器人等場景。
杰華特的整體業(yè)務(wù)處于快速增長階段，BMS 相關(guān)業(yè)務(wù)也隨之不斷發(fā)展。公司不斷加大研發(fā)投入，豐富產(chǎn)品系列，滿足不同客戶的需求，在國內(nèi)市場的份額逐漸擴(kuò)大。其推出的 13 串低系統(tǒng)成本模擬前端芯片，在電動(dòng)工具和二輪車市場獲得了多家客戶的認(rèn)可。比如大聯(lián)大世平集團(tuán)推出的基于國民技術(shù) N32L406 和杰華特 JW3376、JW3330 芯片的鋰電池管理系統(tǒng)方案應(yīng)用于電動(dòng)自行車。該方案的下板集成了杰華特的 JW3376 和 JW3330 芯片以及均衡電路、充放電控制電路、溫度采集電路等模塊，可對 11 - 16 串鋰電池、磷酸鐵鋰電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并具有過壓 / 欠壓保護(hù)、高 / 低溫保護(hù)、斷路保護(hù)、過流保護(hù)等功能，能有效提高電動(dòng)自行車電池的安全性和使用壽命。
?03車用BMS，國產(chǎn)難難難
隨著新能源汽車產(chǎn)量的快速提升，作為新能源汽車核心部件，動(dòng)力電池的需求也持續(xù)增長，并成為鋰電池產(chǎn)業(yè)增長的主導(dǎo)力量。在2022年，寧德時(shí)代董事長曾毓群曾表示，寧德時(shí)代在電池生產(chǎn)過程中沒有直接涉及美國的技術(shù)、材料或是設(shè)備，現(xiàn)在唯一依賴美國的就是BMS里的芯片，但這個(gè)制程不高，28nm就夠了，目前國產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)具備。從目前的國內(nèi)市場來看，BMS芯片每年的實(shí)際需求量有數(shù)萬億顆，但中國品牌的市場份額僅有兩成，車用BMS芯片基本上依賴進(jìn)口，所以價(jià)格昂貴。
BMS在汽車行業(yè)愈發(fā)受到關(guān)注源于以下三點(diǎn)原因：首先，BMS可滿足準(zhǔn)確檢測電池安全的需求；其次，BMS可延長電池壽命；此外，對電池的精確檢測可充分利用剩余電量，增加續(xù)駛里程。對于消費(fèi)者來說，BMS有助于提高車輛性能和安全性。這三點(diǎn)優(yōu)勢足以讓BMS成為當(dāng)前汽車行業(yè)的“香餑餑”。不過，國內(nèi)的半導(dǎo)體企業(yè)已經(jīng)在汽車BMS芯片領(lǐng)域有所布局。如矽力杰、杰發(fā)科技、比亞迪半導(dǎo)體等。
矽力杰致力于全面布局BMS領(lǐng)域并開發(fā)創(chuàng)新型產(chǎn)品，充分利用新型技術(shù)突破：電芯監(jiān)測、高壓檢測、電流檢測、隔離監(jiān)測和高壓互鎖等，推出汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）方案，包含十大類共計(jì)15種產(chǎn)品解決方案。
杰發(fā)科技全系列車規(guī)級(jí)MCU芯片已完成新能源汽車動(dòng)力電池域BMS方案的布局，包括AC7801x平臺(tái)、AC7840x平臺(tái)和AC7870x平臺(tái)。中端BMS方案由AC7840x平臺(tái)執(zhí)行，可提供較為基礎(chǔ)的電池監(jiān)測和管理功能，包括電壓監(jiān)測、溫度監(jiān)測、充放電控制等，能較好控制成本，適用于較為簡單的電動(dòng)汽車應(yīng)用場景。目前，杰發(fā)科技MCU芯片AC7840x已與多家Tier1廠商就BMS方案達(dá)成合作。
比亞迪半導(dǎo)體的 BMS 芯片在電壓、電流和溫度監(jiān)測方面具有較高的精度。例如其第一代 16 通道車規(guī)級(jí) BMS 模擬前端芯片 BF8915A-1，單體電壓測量誤差低于 ±2mV，能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測電池的狀態(tài)，為電池組的 SOC（荷電狀態(tài)）和 SOH（健康狀態(tài)）計(jì)算提供精確的數(shù)據(jù)，這對于電池的安全管理和續(xù)航里程的準(zhǔn)確預(yù)估非常重要。比亞迪半導(dǎo)體的 BMS 芯片廣泛應(yīng)用于比亞迪自家的新能源汽車產(chǎn)品線，從乘用車到商用車等不同類型的車輛均有涉及。這些車輛在市場上的良好表現(xiàn)，也證明了其 BMS 芯片的可靠性和性能。例如，比亞迪的 “漢”“唐” 等系列新能源汽車，都搭載了其自主研發(fā)的 BMS 芯片。
