2022年BMS行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈細(xì)分產(chǎn)業(yè)分析

1、2022年BMS行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈細(xì)分產(chǎn)業(yè)分析1. BMS 是電池產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分1.1. 電池相關(guān)概念及產(chǎn)品形態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈涉及的基本概念。電池產(chǎn)業(yè)鏈涉及概念較多，如電芯、電池模組、電池包、pack 工藝等。往往電池作為相關(guān)概念的統(tǒng)稱，電芯、電池模組、電池包是電池制造過程中的不同 階段。電芯是電池的最小單位，也是電能存儲單元，它必須要有較高的能量密度，以盡可能 多的存儲電能。當(dāng)多個電芯被同一個外殼框架封裝在一起，通過統(tǒng)一的邊界與外部進(jìn)行聯(lián)系 時，就組成了一個電池模組。而當(dāng)多個電池模組被電池管理系統(tǒng)（BMS）和熱管理系統(tǒng)共同 控制或管理起來后，這個統(tǒng)一的整體就叫做電池包。電池 pack 工藝，指的就

2、是把電芯、電 池模組等加工成最終電池包的工藝。電池 pack 一般也代指電池包。電池包主要由電芯、BMS、連接器、熱管理組件、結(jié)構(gòu)件等組成。電池產(chǎn)業(yè)鏈中，核心部分 是電芯和BMS電路，電芯封裝后再集成線束和PVC膜等構(gòu)成電池模組，再加入線束連接器、 BMS 電路構(gòu)成電池成品。其中，電池模組為電池包最小分組，由多個電芯串聯(lián)和并聯(lián)，電芯 數(shù)量越多，電池模組可靠性越弱，對電芯一致性的要求越高，因此需要通過單體電池監(jiān)控管 理裝臵協(xié)調(diào)，即電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等，最終組成完整的電池 pack。在動 力電池中，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)通過風(fēng)冷、水冷、液冷和其他相變材料降低電池放電過程中的熱 量釋放，確保

3、電池在適宜溫度范圍工作，主要由電池箱、傳熱介質(zhì)、監(jiān)測設(shè)備等構(gòu)成。電氣 系統(tǒng)主要由高壓線束、低壓線束、繼電器等構(gòu)成，高壓線束將動力電池系統(tǒng)的動力不斷輸送 到各部件；低壓線束實(shí)時傳輸檢測信號、控制信號；繼電器起自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)和轉(zhuǎn)換電 路等作用。電池 pack 技術(shù)主要受下游市場需求驅(qū)動而不斷發(fā)展，主要應(yīng)用場景包括筆記本、智能手機(jī)、 等消費(fèi)電子電池，新能源汽車等動力電池。據(jù)頭豹研究院，電池 pack 可按電芯正極材料、 電芯配臵方式、殼體材料、電池用途、下游應(yīng)有、電池形狀等不同分類標(biāo)準(zhǔn)分為多個不同種 類。其中，不同形狀的電池 pack 具有不同特征，圓柱電池 pack 主要應(yīng)用于數(shù)碼產(chǎn)品，長時

4、間的技術(shù)演進(jìn)促使其擁有更優(yōu)的良率和成本，但單體電池容量小導(dǎo)致電芯需要以量取勝，對 BMS 要求更高；方形電池結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但更易保護(hù)電芯；軟包結(jié)構(gòu)電池 pack 能量密度較高， 但所使用的材料壽命較短。我國鋰電池行業(yè)的不斷發(fā)展推動電池 pack 行業(yè)的演化，中國電 池 pack 行業(yè)相繼經(jīng)歷筆電電池 pack 時代、手機(jī)數(shù)碼電池 pack 時代、智能手機(jī)電池 pack 時代和動力電池 pack 興起，消費(fèi)電池 pack 行業(yè)發(fā)展較為成熟，動力電池 pack 行業(yè)雖起步 于 2012 年以后，但受益于下游汽車三化的發(fā)展，市場有望高速成長。1.2. 動力電池需求高漲助推電池 pack 市場高景氣，BM

5、S 持續(xù)受益電芯和 BMS 是電池 pack 產(chǎn)業(yè)鏈核心。電池 pack 產(chǎn)業(yè)鏈涉及企業(yè)較多，上游由電池模組、 BMS、電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)等原材料供應(yīng)廠商組成，中游由筆電電池 pack 企業(yè)、手機(jī)數(shù)碼電池 pack 企業(yè)、動力電池 pack 企業(yè)組成，下游根據(jù)應(yīng)用終端類型可分為 3C 企業(yè)、新能源等車 企和其他電池應(yīng)用企業(yè)等。據(jù)頭豹研究院，上游電芯和 BMS 占電池 pack 成本的 72%，且 生產(chǎn)技術(shù)含量較高，是電池 pack 的核心。BMS 自身較為復(fù)雜，涉及學(xué)科領(lǐng)域廣，相關(guān)人才 需要掌握電池知識、整車知識等，要對電子技術(shù)、電工技術(shù)、微電子及功率器件技術(shù)、散熱 技術(shù)、高壓技術(shù)、通信技術(shù)、抗干

6、擾及可靠性技術(shù)等具備專業(yè)儲備。我國消費(fèi)電子電池產(chǎn)業(yè)鏈日趨成熟，動力電池產(chǎn)業(yè)鏈仍處于快速成長階段。筆記本電腦電池 和手機(jī)數(shù)碼電池組裝過程涉及人工環(huán)節(jié)較多，偏向勞動密集型產(chǎn)業(yè)，我國是相應(yīng)電池的重要 組裝基地；動力電池注重技術(shù)和自動化，我國動力電池相關(guān)企業(yè)仍處于成長階段。據(jù)頭豹研 究院，消費(fèi)電子電池行業(yè)龍頭集中度較高，德賽電池、欣旺達(dá)、新普科技等龍頭公司占據(jù)全 球大部分市場份額，下游筆記本電腦市場處于平穩(wěn)狀態(tài)，手機(jī)數(shù)碼市場穩(wěn)定發(fā)展，短期內(nèi)市 場競爭程度將基本維持現(xiàn)有水平；動力電池領(lǐng)域市場份額主要集中于電芯企業(yè)，隨著未來中 國動力電池行業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對動力電池的技術(shù)要求不斷提高，動力電池市場活力將不

7、斷 激發(fā)。我國電池 pack 行業(yè)受動力電池需求拉動影響，市場規(guī)模有望高速增長。據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院， 中國是最大的動力電池市場，2017 年至 2021 年間中國動力電池裝機(jī)量 CAGR 達(dá) 43.5%， 隨著新能源車滲透率增長和疫情有效控制，預(yù)計(jì)中國2022年動力電池裝機(jī)量將達(dá)229.9GWh。 中國動力電池 pack 行業(yè)市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，推動整個電池 pack 行業(yè)發(fā)展壯大。根據(jù)國家統(tǒng) 計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2011 年國內(nèi)鋰電池產(chǎn)量約 29 億只，2021 年突破 200 億只，年復(fù)合增速達(dá)到 21%； 據(jù)頭豹研究院，中國電池 pack 行業(yè)市場規(guī)模 2014 年為 205.4 億元，2023 年預(yù)

8、計(jì)為 3244.7 億元。2. BMS 涉及多類型芯片，市場空間廣闊2.1. BMS 系統(tǒng)充當(dāng)電池管家、保姆角色，電池計(jì)量 IC、電池安全 IC、充電管理 IC 各司其職BMS 即 BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，稱為電池管理系統(tǒng)，在電池運(yùn)作系統(tǒng)中充當(dāng) “電池保姆”的角色。BMS 系統(tǒng)是鋰離子電池模組的必備部件和核心部件，是鋰離子電池模 組的大腦，實(shí)現(xiàn)對鋰離子電池模組中鋰離子電芯（組）的監(jiān)控、指揮及協(xié)調(diào)。電池管理系 統(tǒng)，由印制電路板(PCB)、電子元器件、嵌入式軟件等部分組成，根據(jù)實(shí)時采集到的電芯狀 態(tài)數(shù)據(jù)，通過特定算法來實(shí)現(xiàn)電池模組的電壓保護(hù)、溫度保護(hù)、短路保護(hù)、過流保護(hù)

9、、絕緣 保護(hù)等功能，并實(shí)現(xiàn)電芯間的電壓平衡管理和對外數(shù)據(jù)通訊。BMS 中硬件為 BMIC，主要包括電池計(jì)量芯片、電池安全芯片、充電管理芯片。按芯片的功 能劃分，集成電路可進(jìn)一步劃分為模擬、數(shù)字、射頻等，其中模擬芯片根據(jù)功能的不同主要 可分為電源管理芯片和信號鏈芯片。電源管理芯片是實(shí)現(xiàn)在電子設(shè)備系統(tǒng)中對電能的變換、 分配檢測、保護(hù)及其他電能管理功能的芯片。電池管理芯片是電源管理芯片的重要細(xì)分領(lǐng)域， 是電池管理系統(tǒng)的核心器件，包括電池安全芯片、電池計(jì)量芯片、充電管理芯片。近年來， 隨著下游通訊、消費(fèi)電子、工業(yè)、新能源汽車、儲能等領(lǐng)域技術(shù)快速發(fā)展，對電池管理芯片 產(chǎn)品的性能要求不斷提升，推動電池管理

10、芯片不斷向高精度、低功耗、微型化、智能化方向 不斷發(fā)展。電量計(jì) IC 負(fù)責(zé)采集電池信息并計(jì)算電量，與電池保護(hù) IC 可以分立，也可以集成。據(jù) TI 官 網(wǎng)產(chǎn)品信息，電池包內(nèi)部包含電芯、電量計(jì) IC、保護(hù) IC、充放電 MOSFET、保險絲 FUSE、 NTC 等元件。一級保護(hù) IC 控制充、放電 MOSFET，保護(hù)動作是可恢復(fù)的，即當(dāng)發(fā)生過充、 過放、過流、短路等安全事件時就會斷開相應(yīng)的充放電開關(guān)，安全事件解除后就會重新恢復(fù) 閉合開關(guān)，電池可以繼續(xù)使用，一級保護(hù)可以在高邊也可以在低邊。二級保護(hù)控制三端保險 絲，保護(hù)動作是不可恢復(fù)的，即一旦保險絲熔斷后電池不能繼續(xù)使用，又稱永久失效。電量 計(jì) I

11、C 采集電芯電壓、電芯溫度、電芯電流等信息，通過庫侖積分和電池建模等計(jì)算電池電 量、健康度等信息，通過 I2C/SMBUS/HDQ 等通信端口與外部主機(jī)通信。電量計(jì) IC 與電池 保護(hù) IC 既可分立，也可集成。硬件、算法、固件是電量計(jì)的三大核心，pack-side 電量計(jì)更具優(yōu)勢。電量計(jì)的輸入是電池 電壓、電流和溫度，然后通過對電池建模來計(jì)算輸出容量信息，其三大核心是：(1)硬件，來 實(shí)現(xiàn)高精度采樣、低功耗運(yùn)行；(2)算法，來對電池建模；(3)固件，把算法編程實(shí)現(xiàn)，計(jì)算 輸出容量信息。據(jù) TI 官網(wǎng)，在選擇電量計(jì)時，通常需要考慮到電芯化學(xué)類型、電芯串聯(lián)數(shù)目、 通信接口、電量計(jì)放在電池包內(nèi)還是

12、放在系統(tǒng)板、電量計(jì)算法、是否集成電池保護(hù)均衡等功 能、支持充放電電流大小、存儲介質(zhì)和封裝。相比 System-side 電量計(jì)，Pack-side 電量計(jì) 直接采樣電芯電壓，電壓更準(zhǔn)確，有利于提高電量計(jì)量、充電以及保護(hù)精度；Pack-side 采 用可集成加密認(rèn)證算法的電量計(jì)綜合成本更低；Pack-side 電池保護(hù)板 PCM 電壓、電流、 溫度校準(zhǔn)更容易，項(xiàng)目開發(fā)周期更短；Pack-side 電量計(jì)面對可插拔電池時 RAM 數(shù)據(jù)不丟失 ，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。充電管理 IC 主要負(fù)責(zé)電池的充放電管理。鋰電池充電管理芯片可以有效管理每個鋰電池的 充電，根據(jù)鋰電池的特性自動進(jìn)行預(yù)充、恒流充電、恒壓充電。通

13、過充電管理 IC 可以實(shí)現(xiàn) 電池充放電的恒壓方式、恒流方式等，這些充電方式有益于電池，并相對比較安全。充電管 理芯片使電壓、電流達(dá)到可控狀態(tài)，可以有效的控制充電的各個階段的充電狀態(tài)，保護(hù)電池 過放電、過壓、過充、過溫，最終有利于電池的壽命延續(xù)。鋰電池充電管理芯片具有功能全、 價格低、集成度高、外部電路簡單、調(diào)節(jié)方便、可靠性好等特點(diǎn)。充電管理芯片根據(jù)工作模式通?？煞譃殚_關(guān)模式、線性模式和開關(guān)電容模式。開關(guān)模式效率 高，適用于大電流應(yīng)用，且應(yīng)用較靈活，可根據(jù)需要設(shè)計(jì)為降壓、升壓或升降壓架構(gòu)，常用 的快充方案通常都是開關(guān)模式。線性模式適用于小功率便攜電子產(chǎn)品，其對充電電流、效率 要求不高，通常不高于

14、 1A, 但對體積、成本則有較高要求。開關(guān)電容模式可以做到最高達(dá) 97%以上的效率，但由于架構(gòu)的原因，其輸出電壓與輸入電壓通常成一個固定的比例關(guān)系， 應(yīng)用場景比較受限，實(shí)際應(yīng)用中，通常與一個開關(guān)型充電管理芯片配合使用。2.2. BMIC 芯片市場空間廣闊，國產(chǎn)替代前景可期BMS 下游包含三大電池應(yīng)用，芯片技術(shù)是產(chǎn)業(yè)鏈核心。BMS 下游應(yīng)用主要包括：消費(fèi)電池 （3C 數(shù)碼）、動力電池（電動車）和儲能電池（國防軍工、可再生能源、通訊、醫(yī)療健康等）， 電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速成長推動 BMS 的快速發(fā)展。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，2020 年全球 BMS 下 游應(yīng)用中：動力電池應(yīng)用占比達(dá) 54%，消費(fèi)電池占比 2

15、2%，儲能及其他電池占比 24%。BMS 系統(tǒng)以電池管理 IC 為基礎(chǔ)構(gòu)建，芯片技術(shù)是 BMS 產(chǎn)業(yè)鏈核心。計(jì)量芯片是核心且價值量最高，消費(fèi)電子通常采用 SoC 方案，動力電池中因 AFE（高壓工 藝）、MCU 采用不同工藝，采用分立芯片形式。BMS 芯片方案主要涉及計(jì)算單元（如 MCU）、 AFE、數(shù)字隔離器等。BMS AFE 芯片（模擬前端芯片）負(fù)責(zé)采集電池電壓后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換 器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并送入計(jì)算單元（如 MCU）進(jìn)行計(jì)算荷電狀態(tài)，計(jì)算單元（如 MCU）主用來處理 AFE 收集的信息，計(jì)算 SOC、SOH 等參數(shù)，并將這些信息傳送給上一 級 VCU。數(shù)字隔離器主要用在高低壓

16、之間的數(shù)字通信，比如在 BMS 主控板上的高壓采樣與 MCU 之間的 SPI 通信及采樣板 AFE 與 MCU 的 SPI 通信，除了使用數(shù)字隔離器外，也可以 使用光耦、或者變壓器隔離方案。據(jù)瑞薩授權(quán)代理商中印云端官網(wǎng)，BMS 系統(tǒng)芯片解決方案 通常圍繞一個電池管理 IC 構(gòu)建，該方案在一個封裝中提供低功耗 MCU 和高性能模擬前端 （AFE），提供開發(fā)工具來支持開發(fā)安全可靠和高性能的鋰離子電池管理系統(tǒng)，適用范圍從 基礎(chǔ)的消費(fèi)級應(yīng)用，如筆記本電腦、電動工具、電動摩托車等，到通信基站、電動汽車、光 伏備用電源、軍事裝備等工業(yè)應(yīng)用都有應(yīng)用案例。消費(fèi)電子領(lǐng)域國產(chǎn)化替代加速，動力電池領(lǐng)域芯片仍在初步布

17、局階段。BMIC 長期被 TI、ADI 等歐美企業(yè)壟斷。據(jù)愛集微網(wǎng)，在消費(fèi)電子和工業(yè)控制領(lǐng)域，雖然 TI、ADI（收購 MAXIM） 等全球龍頭壟斷電池管理芯片市場，但國內(nèi)芯片廠商已逐漸在主流手機(jī)市場完成國產(chǎn)替代， 并在 TWS 耳機(jī)等新興消費(fèi)電子市場上占據(jù)優(yōu)勢地位；在筆記本電腦、電動自行車、電動工 具、掃地機(jī)器人以及小型儲能市場，國內(nèi)芯片廠商也在加緊進(jìn)行驗(yàn)證測試，正處于國產(chǎn)替代 的成長期；應(yīng)用在手機(jī)、平板、可穿戴設(shè)備等消費(fèi)電子產(chǎn)品中的電池，通常為單串電池組， 僅 1 至 2 顆電芯，應(yīng)用于筆記本電腦、電動工具、吸塵器、電動自行車以及智能家居等產(chǎn)品 中的電池，通常為多串電池組，由多顆電芯串并聯(lián)

18、組成，動力電池和儲能電池領(lǐng)域所用電池 組遠(yuǎn)多于以上消費(fèi)電池領(lǐng)域，技術(shù)門檻也更高，我國動力電源 BMS 芯片仍有待發(fā)展。據(jù)愛 集微網(wǎng)，近期，全球主流 BMS 芯片供應(yīng)商 TI 產(chǎn)品陷入缺貨漲價狀態(tài)，其 BQ 系列芯片訂貨 交期已延伸至 2023 年，造成較大的市場缺口，疊加我國汽車三化的滲透發(fā)展，我國對國產(chǎn) 汽車 BMS 芯片的需求持續(xù)增長，國產(chǎn)動力電源芯片滲透率有望持續(xù)提升。受益于電動汽車、消費(fèi)電子等行業(yè)發(fā)展，BMS 及 BMS 芯片市場空間未來可期。受全球衛(wèi)生 事件影響，2020 年全球 BMS 市場規(guī)模增速下降，但我國 BMS 市場仍占據(jù)重要地位，據(jù)華 經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，2020 年我國 BM

19、S 市場需求規(guī)模為 97 億元。未來隨著電動汽車市場規(guī)模擴(kuò) 大和電池效率要求提高，BMS 市場規(guī)模有望實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定增長，據(jù) Business Wire 估計(jì)、前瞻產(chǎn) 業(yè)研究院整理，2021 年全球 BMS 市場規(guī)模預(yù)計(jì)為 65.12 億美元，至 2026 年預(yù)計(jì)可達(dá) 131 億美元，CAGR 為 15%。據(jù) Mordor Intelligence，2024 年全球電池管理芯片市場規(guī)模預(yù)計(jì) 達(dá) 93 億美元，市場空間廣闊。BMIC 國產(chǎn)替代邏輯清晰：一是技術(shù)門檻高，消費(fèi)電子領(lǐng)域已經(jīng)取得突破。該領(lǐng)域長期被歐 美企業(yè)壟斷，但隨著國內(nèi)企業(yè)在電池管理技術(shù)領(lǐng)域持之以恒的研發(fā)投入和應(yīng)用實(shí)踐，消費(fèi)電 子領(lǐng)域產(chǎn)品性

20、能已經(jīng)不遜色于歐美大廠，且技術(shù)難度更高的車規(guī)級 BMS 技術(shù)也在積極布局 中。二是中國具備電池產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，在發(fā)展自主品牌 BMS 方面具有較強(qiáng)話語權(quán)。我國電產(chǎn) 業(yè)鏈完善，且國內(nèi)消費(fèi)電子、新能源汽車產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)勁需求成為全球鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要動 力，且國產(chǎn) pack 廠在全球市場中已經(jīng)占據(jù)重要地位。三是政策積極扶持，國產(chǎn)替代進(jìn)程加 速。我國 BMS 芯片長期依賴進(jìn)口，尤其是車規(guī)級 AFE、ADC、MCU 等芯片，近年來國家 出臺眾多政策扶持汽車電子及電池管理芯片行業(yè)發(fā)展，電池管理芯片行業(yè)有望更上一層樓。3. 消費(fèi)電子：快充、5G、智能水平提升等助力 BMIC 快速發(fā)展3.1. 手機(jī)：快充和 5G

21、趨勢盡顯，對高性能 BMIC 提出更高、更迫切需求3.1.1. BMS 參與充放電全過程手機(jī)電池大部分是鋰離子電池或者鋰離子聚合物電池，為提高電池使用壽命，BMS 對手機(jī)電 池的充放電起管理作用。既能防止電池過放，也能防止電池過充。在電量較低時，提醒用戶充電，并關(guān)機(jī)防止過放；充電完成時，切斷電池充電回路，防止電池出現(xiàn)過充導(dǎo)致電池?fù)p壞。 在電池工作的全生命周期中，電量計(jì)用于確定電池的電量狀態(tài)（SoC）和健康狀態(tài)（SoH）， 進(jìn)行電池荷電狀態(tài)估算。普通手機(jī)充電時經(jīng)歷大約四個階段，均需電池管理芯片負(fù)責(zé)監(jiān)控。1）恢復(fù)性充電：指電池 電量非常低的時候，防止大電流充電給電池造成損傷，而是以小電流給電池充電

22、，把電池的 電壓給升上來。2）恒流快充：電池的電壓達(dá)到一定程度后，充電器開始給手機(jī)電池大電流 恒流充電，這個過程的充電電流比較大，可以快速的提升電池的電壓。3）恒壓充電：當(dāng)電 池的電壓快接近截止電壓時，以小電流恒壓充電，這個階段也叫做安全充電階段，可以使手 機(jī)電池達(dá)到比較好的性能。4）涓流細(xì)充：這個階段電池已充滿，如果將充電回路切斷的話， 因?yàn)槭謾C(jī)自身的待機(jī)會產(chǎn)生待機(jī)電流，導(dǎo)致手機(jī)會被再次充電，為了解決這種情況，就要通 過涓流細(xì)充來解決，通過這種方式可以將手機(jī)電池的電壓維持在滿電狀態(tài)。普通手機(jī)充電四 大階段均需要手機(jī) BMS 系統(tǒng)參與，管理手機(jī)充放電功能。3.1.2. 智能手機(jī)性能迭代對 BM

23、IC 要求不斷提升，國產(chǎn)芯片加速替代快充技術(shù)可以大大降低充電時間，正成為智能手機(jī)標(biāo)配。據(jù) Battery University，根據(jù)充電時 間及速度，充電方式可分為慢充、快充（rapid）、快充（fast）和超級快充。快充在電流、電 壓方面均大于慢充，對電池的傷害程度大于慢充，但由于手機(jī)電池的國際標(biāo)準(zhǔn)為在 800 次充 放電過后，手機(jī)電池保持 80%以上的性能即為合格，結(jié)合手機(jī)更換時間通常為 2-3 年，因此 快充對手機(jī)通常不會對手機(jī)電池造成太大損耗。不同廠家紛紛推出快速充電技術(shù)，如 VOOC 閃充快速充電技術(shù)、高通 Quick Charge 2.0 快速充電技術(shù)、聯(lián)發(fā)科 Pump Expre

24、ss Plus 快 速充電技術(shù)等。實(shí)現(xiàn)快充需要滿足三要素：充電器、電池、charge IC。常規(guī)充電器的輸出為 5 至 10W，快充最多可將其提高八倍，據(jù)電源網(wǎng)，iPhone 11 Pro 和 Pro Max 配備 18W 快速 充電器，Galaxy Note 10 和 Note 10 Plus 標(biāo)配 25W 充電器，三星出售超高速 45W 充電器。BMIC 是手機(jī)快充所需大功率電池的核心器件。快充電池分為兩個階段：第一階段是向低電 量電池施加高電壓，在 10-30 分鐘內(nèi)將電池充電到 50%到 70%，電池快速吸收電荷，不會 對電池長期健康產(chǎn)生重大不利影響；第二階段是將最后 20%或 30%

25、的電池電量充滿，所需 時間與第一階段相似，手機(jī)制造商將充電速度放慢防止損壞電池。電池管理系統(tǒng)密切監(jiān)視這 兩個充電階段，并在第二階段降低充電速度，使電池有時間吸收電荷而避免出現(xiàn)問題，BMS 芯片是手機(jī)快充所需大功率電池的核心器件。智能手機(jī)機(jī)身輕便性與電池續(xù)航能力成兩難選擇，快充彌補(bǔ)手機(jī)續(xù)航難問題，電池管理芯片 發(fā)揮重要作用。手機(jī)廠商提高電池容量需要擴(kuò)大體積，此舉會導(dǎo)致機(jī)身重量和尺寸的增加， 廠商從用戶體驗(yàn)和需求的視角出發(fā)，選擇逐漸縮小電池容量。為彌補(bǔ)續(xù)航能力弱問題，廠商 需要手機(jī)支持快充，并配合相應(yīng)充電頭和充電線。多數(shù)國產(chǎn)旗艦手機(jī)快充可達(dá) 40W，遠(yuǎn)高于 5-10W 的普通充電器，大功率快充需匹

26、配大功率充電頭；相比普通充電線，安卓快充線內(nèi)分 為 5 根線工作（2 根電源線，2 根數(shù)據(jù)線，1 根接地線），數(shù)據(jù)線負(fù)責(zé)充電頭與手機(jī)電池管理 芯片的通訊。各大手機(jī)廠商相繼取消附贈充電頭，轉(zhuǎn)向快充充電器市場，快充趨勢拉動 BMS 芯片需求。 2020 年 10 月，蘋果官方宣布 iPhone12 不再附贈充電器，附贈數(shù)據(jù)線接口轉(zhuǎn)為 Type-C to Lightening，據(jù)充電頭網(wǎng)，僅 iPhone12 機(jī)型就給市場增加了上億臺 USB PD 快充設(shè)備，并 讓數(shù)十億規(guī)模的 PD 快充配件的市場得到釋放。小米隨后推出了配備充電器和沒有配備充電 器的兩種版本，魅族推出“綠色煥新計(jì)劃”，用戶可以憑借

27、兩個舊充電器換取一個全新的魅 族18充電器，華為于2021年4月起推出不含充電器和數(shù)據(jù)線版本。各大廠商紛紛效仿蘋果， 節(jié)約硬件成本、物流成本及包裝成本，取消附贈充電頭預(yù)計(jì)將成行業(yè)趨勢，并加快布局快充、 無線充電產(chǎn)品，此舉有望進(jìn)一步拉動手機(jī)電池管理 BMS 的需求。5G 手機(jī)滲透率提升，耗能更高，對 BMS 芯片提出更高要求。隨著 5G 手機(jī)全面普及，多攝 滲透率加速、120Hz 高刷屏、更多 5G 射頻元器件及高性能 CPU 迭代，不斷提升手機(jī)的高 功耗。參考力芯微招股說明書，根據(jù)Canalys 預(yù)測，2023年全球 5G 手機(jī)出貨量將達(dá)到 7.74 億部，占整個智能手機(jī)市場份額的 51.4%

28、；其中，中國作為全球 5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點(diǎn)區(qū)域， 將是全球最大的 5G 智能手機(jī)市場，出貨量預(yù)計(jì)占全球市場的 34%。據(jù)元宇宙通信數(shù)據(jù)， 一般手機(jī) 5G 在網(wǎng)情況下比 4G 在網(wǎng)的能耗高出 20%-30%，5G 手機(jī)相較于 4G 手機(jī)最大的 區(qū)別在于增設(shè)了 5G 射頻與 5G 天線模塊，超高 5G 網(wǎng)速體驗(yàn)建立在更復(fù)雜、功耗更大的天 線與射頻設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，需要相應(yīng)的電池電力驅(qū)動，此前被稱為“大容量”的 4000mAh 已經(jīng) 不是不可逾越的紅線，4500mAh 上下是當(dāng)前 5G 手機(jī)電池容量的主流。各功能模塊對手機(jī)電 池管理芯片的精度、功耗等性能提出了更高要求。手機(jī)快充需求旺盛疊加 5G 熱潮，手

29、機(jī) BMS 芯片未來可期。5G 手機(jī)的發(fā)展?jié)B透帶動智能手 機(jī)快充市場增長，據(jù)充電頭網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，快充技術(shù)最早突破手機(jī)市場，共覆蓋七大領(lǐng)域，2020 年全球智能手機(jī)快充設(shè)備出貨量為 12.9 億臺，占總市場的 40.71%。據(jù)賽微微電招股說明書， 隨著手機(jī)模塊以及功能的復(fù)雜化，單部手機(jī)的電池管理芯片數(shù)量呈現(xiàn)出增長的趨勢，高端智 能手機(jī)在電量計(jì)、電池保護(hù)、充電管理等方面對電池管理芯片的需求持續(xù)上升，平均每部智 能手機(jī)所需芯片數(shù)量達(dá)到 4 顆以上，手機(jī) BMS 芯片市場迎來新動能。3.2. 筆記本電腦及平板電腦：市場規(guī)模平穩(wěn)，技術(shù)難度更高筆記本電腦對電池?zé)峁芾硪蟾摺?jù) battery universi

30、ty，筆記本電腦電池一般由 3 組 2 個并聯(lián)的電池串聯(lián)組成，也可稱為 6 芯（6 顆電池），根據(jù)電池厚薄程度也分 4 芯和 8 芯，電 芯越多，待機(jī)時間越長。對于筆記本電腦，即使連接到外部電源或線路電源，也只會在充電 不足時為電池充電，以此減少充放電的循環(huán)次數(shù)，使電池壽命最大化。由于熱量，筆記本電 腦中的電池老化速度比其他應(yīng)用更快。在使用過程中，筆記本電腦的內(nèi)部溫度會上升到 45 C，使得電池在高溫下工作時的預(yù)期壽命是更溫和的 20C 或更低溫度下運(yùn)行的一半。筆記 本電腦上 BMS 系統(tǒng)的關(guān)鍵功能之一是管理電池系統(tǒng)，確保其不會過充、過放、過熱。據(jù)賽 微微電招股書，目前一臺筆記本電腦的電池管理

31、芯片方案通常包括 1 顆電池安全芯片、1 顆 電池計(jì)量芯片、1 顆充電管理芯片，一臺筆記本電腦的芯片方案通常包括 1 到 2 顆限流開關(guān) 芯片。平板電腦高性能、輕薄化趨勢對電池管理芯片的綜合性能提出更高要求。平板電腦的原理與 與筆記本電腦的原理類似，電池管理芯片在平板電腦中起到電源管理、控制、轉(zhuǎn)換、處理等 功能。平板電腦存在高性能、輕薄化趨勢，有限的體積限制了芯片的面積，對電池管理芯片 在有限面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)低功耗、高轉(zhuǎn)換效率、高精度、大功率的綜合性能提出了挑戰(zhàn)。據(jù)賽微微 電招股書，目前一臺平板電腦的電池管理芯片方案通常包括 1 顆電池安全芯片、1 顆電池計(jì) 量芯片、1 顆充電管理芯片。筆記本電腦和

32、平板電腦出貨量穩(wěn)定，內(nèi)臵及充電器配臵的電池管理芯片規(guī)模也預(yù)計(jì)保持平穩(wěn) 態(tài)勢。筆記本和平板電腦作為消費(fèi)電子設(shè)備的核心市場，歷年設(shè)備出貨量較平穩(wěn)。據(jù) Frost&Sullivan 統(tǒng)計(jì)，2020 年受疫情影響，遠(yuǎn)程工作和學(xué)習(xí)的需求激增，全球筆記本電腦市 場的規(guī)模在 2020 年達(dá)到新高，出貨量達(dá) 2.2 億臺，由于新冠肺炎疫情的不確定性持續(xù)存 在，預(yù)計(jì)未來幾年全球筆記本電腦出貨量將繼續(xù)小幅增長，市場需求增速將在 2023 年逐漸 放緩。平板電腦市場也將維持小幅上升并逐漸飽和，據(jù) Frost&Sullivan 統(tǒng)計(jì)，全球平板電腦 市場規(guī)模受市場需求的影響，自 2016 到 2019 年出貨量規(guī)模逐漸

33、下降。受疫情影響，2020 年平板電腦出貨量有小幅上升，未來隨著智能手機(jī)功能更加強(qiáng)大，全面屏、折疊屏等技術(shù)使 智能手機(jī)替代平板電腦的趨勢不斷上升，全球平板電腦市場規(guī)模預(yù)計(jì)還將平穩(wěn)下降，預(yù)計(jì)到 2025 年出貨量約 1.3 億臺。3.3. 智能手表：功能多樣化催生電池管理芯片需求進(jìn)一步提升主流智能手表主要采用“藍(lán)牙 SoC+MCU+多個 IC（電池管理、射頻等）”多芯片解決方案， 高續(xù)航能力對電池管理芯片提出高要求。智能手表擁有一套獨(dú)立的嵌入式操作系統(tǒng)，有一個 數(shù)據(jù)處理中心，需要調(diào)用各類傳感器收集到的信息，還要有屏幕、存儲器、電池管理系統(tǒng)、 無線射頻系統(tǒng)等，在內(nèi)部芯片用料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上與智能手機(jī)較

34、為相似，其中主控芯片是智能 手表的核心器件，據(jù)我愛音頻網(wǎng)，主控芯片在智能手表中成本占比達(dá) 30%左右。智能手表存 在續(xù)航問題，而續(xù)航情況很大程度上取決于電池的能力。從智能手表功能受歡迎程度來看， 智能手表的健康監(jiān)測、通話、運(yùn)動管理、GPS 定位等功能有望保留并且在技術(shù)方面能夠得到 持續(xù)升級迭代。從智能手表的應(yīng)用來看，智能手表作為獨(dú)立移動終端的趨勢不斷加強(qiáng)，這對 于智能手表的系統(tǒng)易用性、APP 功能應(yīng)用豐富、續(xù)航時間以及功耗等提出了更高要求，進(jìn)而 對電池管理芯片也提出更高要求。智能手表市場規(guī)模持續(xù)增加，有望推動智能手表 BMS 芯片市場規(guī)模不斷發(fā)展。2013 年，全 球第一款智能手表 GEAK

35、Watch 問世，幾乎在同一時間，蘋果、谷歌、三星等科技巨頭入局 智能手表市場。據(jù)我愛音頻網(wǎng)，2021 年智能手表出貨量品牌排行榜中，前 9 名分別為蘋果、 三星、華為、iMOO、Amazfit、Garmin、Fitbit、小米、Noise，手機(jī)廠商是當(dāng)前智能手表市 場的出貨主力軍。智能手表是智能穿戴的主要代表之一，在健康監(jiān)測、記步、撥打電話、定 位、與智能家居聯(lián)動等功能的加持下，廣受歡迎。其中，從蘋果 Apple Watch 4 開始，可穿 戴設(shè)備市場開始從運(yùn)動健康功能向?qū)I(yè)的醫(yī)療領(lǐng)域轉(zhuǎn)型，蘋果 Apple Watch 4 主打的心電圖 功能以及防跌倒功能的設(shè)臵也的確為智能穿戴設(shè)備市場提供了

36、新的方向，智能手表 BMS 芯 片市場規(guī)模有望持續(xù)增長。3.4. TWS 耳機(jī)：續(xù)航能力等性能提升增加 BMIC 芯片需求TWS 耳機(jī)包含三顆電芯，電池管理芯片是其重要配臵。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，TWS 耳機(jī)主要 由充電盒部分與無線耳機(jī)部分組成，兩者各包含 1 顆充電盒電芯和 2 顆耳機(jī)電芯，充電盒和 耳機(jī)均需要集成電池，其中充電倉對于集成度要求相對不高，以傳統(tǒng)軟包電池為主(與手機(jī)電 池技術(shù)路徑一致，原手機(jī)電池廠商可以供應(yīng))，而耳機(jī)端由于空間小、集成度高，同時需要電 池具備高容量密度以支持長續(xù)航，結(jié)構(gòu)逐步由傳統(tǒng)軟包電池發(fā)展為扣式電池。電池管理芯片 為 TWS 耳機(jī)重要配臵之一，主要負(fù)責(zé)為充電盒內(nèi)部

37、電池充電、充電倉內(nèi)部電池升壓輸出為 耳機(jī)充電，起到提升電池充電速度、精準(zhǔn)控制電流電壓、減少對耳機(jī)電池的損害等作用。據(jù) 央視財經(jīng)，目前消費(fèi)者對 TWS 耳機(jī)的要求已不僅限于音頻、通話，對音質(zhì)、續(xù)航、價格等 也有了更多要求。另外，內(nèi)臵電池的加入使其避免了線材的束縛，但由于體積限制，續(xù)航時 間是 TWS 耳機(jī)的一大痛點(diǎn)，要求電池管理芯片提高技術(shù)水平適應(yīng)更多功能。4. 動力電源：高壓平臺對動力用 BMIC 提出更高要求4.1. 動力電池需要高可靠、絕對安全，市場空間更大也更具挑戰(zhàn)性汽車動力電池相比手機(jī)電池多采用模組電池、大量電芯串并聯(lián)，對汽車 BMS 提出高難度要 求。一輛電動汽車中，往往數(shù)百個鋰離子

38、電池通過串并聯(lián)的方式連接以滿足汽車電機(jī)的負(fù)載 要求，驅(qū)動汽車行駛。一般來說，電動汽車的內(nèi)部電池組電壓不低于 800V，通常各大廠商 采用 BMS 解決方案來保證電池組的安全可靠以及性能。電池安全是保障電動車健康運(yùn)行的基礎(chǔ)，BMS 系統(tǒng)發(fā)揮關(guān)鍵作用。據(jù)頭豹研究院，我國每 年被媒體報道的新能源起火事件逐漸增多，2020 年 7-9 月起火事件占全年事件數(shù)的 49%， 其中電池故障導(dǎo)致電動車起火居多，達(dá) 33%。電池故障主要因素有外部破壞、內(nèi)部短路、溫 度過高，三者進(jìn)一步引發(fā)熱失控，最終導(dǎo)致電動車起火。BMS 的 SOC 測算可準(zhǔn)確計(jì)量電池 電量，預(yù)防過度充放電，然而目前測算 SOC 需要 BMS

39、系統(tǒng)對電壓電流、溫度、放電倍率等 精確并快速采集，對 BMS 芯片要求較高，當(dāng)前國內(nèi)技術(shù)仍無法實(shí)現(xiàn)，國產(chǎn)汽車 BMS 芯片研 發(fā)任重道遠(yuǎn)。動力電池通常采取多節(jié)電芯串聯(lián)形式，注重電芯的一致性，BMS 系統(tǒng)有助于管理電芯一致 性。多串電池的基本要求是串聯(lián)電芯必須來自同型號的電芯，以保證容量、電壓、內(nèi)阻和自 放電的一致性，當(dāng)電池出現(xiàn)不一致時，BMS 通過實(shí)時檢測每節(jié)電芯的電壓，運(yùn)用均衡功能對 電芯進(jìn)行充放電。當(dāng)出現(xiàn)極端情況，比如某串電芯容量嚴(yán)重衰減，電池存在過充電風(fēng)險，BMS 通過燒斷電池主回路保險絲，永久禁止該電池使用。動力電池包由“多個電芯串并聯(lián)+電池管理系統(tǒng)等”組成。新能源動力電池的最基本單元

40、為 電芯（cell），電芯（cell）組成電池模組（Module），再由電池模組（Module）組成電池包 （PACK）。電芯作是電池的基本單位，為了保證高低溫、外力沖擊等情況下的工作可靠性和 安全性，需要將多個電池放在一個框架中，這種狀態(tài)就被稱為電池模塊。而聚集多個模塊， 再加上用來管理電池溫度或電壓等的電池管理系統(tǒng)(BMS, Battery Management System)和 冷卻設(shè)備等，就組成了電池包。因?yàn)殡姵亟M以串聯(lián)和并聯(lián)方式連接的電池單元陣列，這種陣列中儲存了大量的能量，電池電 壓測量變得非常復(fù)雜的因素。據(jù)新浪汽車，以一種比較典型的電動車電源組管理方案為例， 該電源組包括 672

41、0 個鋰離子電池單元，由 8 個 BMIC 芯片實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，每個芯片可監(jiān)控 12 個節(jié)點(diǎn)的電壓等參數(shù)信息，BMIC 芯片為 ADI 的主流電池管理芯片 MAX17843，官網(wǎng)顯示售 價為 9.32 美元。每個電池單元的容量為 3.54 安培小時 (Ah)，總標(biāo)稱儲能為 100 千瓦小時 （3.54 Ah x 4.2 V x 6720 個電池單元）。在 96 個以串聯(lián)形式連接的電池單元組中，每組包 括 70 個以并聯(lián)方式連接的電池單元，電池電壓為 403.2 V（96 4.2 V），容量為 248 Ah （100 kWh/403.2 V 或 3.54 A 70）。目前國產(chǎn)動力電池 pack 成本高

42、、技術(shù)水平不一，發(fā)展空間廣闊。據(jù)頭豹研究院，國產(chǎn)動力 電池 pack 與電芯平均成本雖然逐步下降，但仍與國際一線水平有一定差距，動力電池 pack 約占整車成本的 40%-50%，在中國新能源汽車補(bǔ)貼退坡的環(huán)境下，不利于新能源車進(jìn)一步 滲透；動力電池 pack 需要根據(jù)不同客戶不同車型進(jìn)行定制化開發(fā)，BMS 方案、熱管理、集 成效率等方面對企業(yè)技術(shù)要求較高；目前中國動力電池 pack 廠商技術(shù)水平參差不一，寧德 時代等龍頭企業(yè)不斷追趕國際一流水平，而大多數(shù)小型生產(chǎn)企業(yè)水平仍然落后，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化 程度有待提升。中國動力電池 pack 具有三大驅(qū)動力，有望進(jìn)一步促進(jìn) BMS 行業(yè)技術(shù)和規(guī)模發(fā)展。動力

43、電池和動力電池 pack 相互促進(jìn)，隨著我國車用動力電池需求增長，對動力電池的質(zhì)量和數(shù)量 要求均有望進(jìn)一步提高，最終促進(jìn)動力電池 pack 技術(shù)進(jìn)步、規(guī)模擴(kuò)大；外資參與動力電池 市場進(jìn)一步行業(yè)良性發(fā)展，中國動力電池行業(yè)目前處于高速發(fā)展時期，據(jù)頭豹研究院，在政 策不斷加持和車企積極布局下，中國動力電池已發(fā)展較為成熟，2018 年中國動力電池的高 端產(chǎn)能需求為 50.0GWh，國內(nèi)前三大企業(yè)出貨量為 38.0GWh，市場仍存在需求缺口；2018 年 8 月后中國新能源汽車外資股比逐漸放開，日韓電池巨頭三星、LG、松下等將加大對華市 場投資，有望補(bǔ)足供需缺口。電池 pack 上游與下游開展合作，優(yōu)勢

44、互補(bǔ)，電芯企業(yè)全產(chǎn)業(yè) 鏈技術(shù)優(yōu)勢與整車企業(yè)產(chǎn)品銷路優(yōu)勢結(jié)合，有望為我國動力電池 pack 市場創(chuàng)造新動力。4.2. 動力 BMS 系統(tǒng)及芯片技術(shù)門檻高、認(rèn)證壁壘高，國內(nèi)企業(yè)加大研發(fā)布局汽車動力電池 BMS 一端與電池相連，另一端與整車控制及電子系統(tǒng)相連，通過 CAN 總線接 口與車載總控制器、電機(jī)控制器、能量控制系統(tǒng)、車載顯示系統(tǒng)實(shí)時通訊。相比消費(fèi)電池和 儲能電池，動力電池需要在高溫、震動的環(huán)境中工作，且一般為模組電池，一組具有多節(jié)電 芯，需要處理電芯、碰撞、CAN、水泵、高壓、絕緣等信號，對可靠性及穩(wěn)定性要求更高。汽車 BMS 包含多項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)。1）電池溫度、電壓是電池的關(guān) 鍵參數(shù)，BM

45、S 的控制是基于該參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行分析和控制，通過溫度傳感器采集的溫度判斷 電池是否處于過溫狀態(tài)。2）電池總壓的采集可以使用高壓盒，電流的采集可以使用霍爾電 流傳感器、分流器。3）SOX 估算統(tǒng)指電池狀態(tài)估計(jì)，包括 SOC、SOH 和 SOP 估計(jì)，是 BMS 的最核心技術(shù)。據(jù)蓋世汽車研究院，目前部分領(lǐng)先企業(yè)的精度水平最高可達(dá) 3%左右， 國內(nèi)一線 BMS 廠家達(dá) 5%左右，國內(nèi)二線 BMS 廠家為 510%左右。4）目前常用的充電方法有恒流充電、恒壓充電、恒功率充電，整個充電過程中，BMS 決定 充電電壓和充電電流。5）溫度對電池的影響包括：影響充電能力、功率和能量能力、安全 可靠性、電池壽命

46、和電池壽命周期成本，BMS 熱管理在充放電過程中可以防止出現(xiàn)過壓、過 溫。6）關(guān)于 BMS 的均衡管理，在電動汽車中應(yīng)用的動力電池由上百串電池串并聯(lián)而成，。 由于電池生產(chǎn)工藝和電化學(xué)的不一致性，隨著電池壽命的衰減及電池日歷壽命的減少，電池 之間的差異必然越來越大，因此 BMS 需要對一致性差的電池進(jìn)行均衡。根據(jù)不同分類標(biāo)準(zhǔn)， 均衡技術(shù)可分為多種。7）診斷模塊對整個功能進(jìn)行診斷，包括單體電壓、單體溫度、總電 壓、電流、通信狀態(tài)、SOC 等。8）BMS 底層基礎(chǔ)軟件必須具備底層 IO 驅(qū)動、CAN 通訊、 安全監(jiān)控復(fù)位、CAN 程序刷新、故障診斷及處理、測量標(biāo)定、芯片自檢等功能。9）BMS 對 信

47、息進(jìn)行處理和篩選，儲存關(guān)鍵信息，如 SOC、充放電次數(shù)等，保持和整車控制器等網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)進(jìn)行通信。分布式管理架構(gòu)和主動均衡管理為汽車 BMS 未來技術(shù)趨勢。由于分布式管理架構(gòu)可復(fù)制性 高，可應(yīng)用于多種不同的車型電池包，有望助力新能源汽車持續(xù)發(fā)展。被動均衡管理由于成 本低、復(fù)雜度和故障率低，被國內(nèi)外企業(yè)廣泛運(yùn)用，但主動均衡管理效率較高，均衡電流大， 能量耗散少，隨著熱風(fēng)險和電路復(fù)雜逐漸克服，BMS 有望向主動均衡管理過渡。此外，集成 化、通用化、智能化也是 BMS 未來技術(shù)發(fā)展趨勢。市場逐漸出現(xiàn)汽車無線 BMS解決方案，無線通信接口取代有線 BMS方案中的雙絞線電纜。 隨著技術(shù)進(jìn)步，市場上逐漸出現(xiàn)

48、有線 BMS 和無線 BMS 兩種方案，據(jù)電子發(fā)燒友，在有線 BMS 解決方案中，通常利用雙絞線電纜，以菊花鏈方式連接電池監(jiān)控器，以傳輸從每個電池 模塊采集的數(shù)據(jù)；而無線 BMS 解決方案則是使用無線通信接口來傳輸這些數(shù)據(jù)。根據(jù) TI 無 線 BMS 方案，無線解決方案使用無線接口，通過無線收發(fā)器器件，將通用異步接收器/發(fā)送 器(UART)數(shù)據(jù)從電池監(jiān)控器傳輸?shù)街鳈C(jī) MCU。兩種解決方案之間的重要區(qū)別在于，有線解 決方案中的雙絞線電纜被替換為無線解決方案中每個 BMU 上的 CC2662R-Q1 器件。國外龍頭紛紛推出無線 BMS 方案，無線 BMS 或成未來趨勢。2019 年，ADI 公司收

49、購了精 于電源管理技術(shù)的凌力爾特公司，并和通用汽車等整車企業(yè)合作研發(fā)無線 BMS，推出了無線 BMS 系統(tǒng)與平臺，在電池生產(chǎn)至回收的全周期內(nèi)檢測電池數(shù)據(jù)并分析，使動力電池價值最大 化。2021 年，TI 宣布推出經(jīng) TV SD 認(rèn)證的功能安全認(rèn)證的無線 BMS 解決方案，實(shí)現(xiàn)電 池數(shù)據(jù)和控制命令傳輸?shù)臒o線化，其 SimpleLink CC2662R-Q1 無線 MCU 符合 AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)，基于 Arm Cortex-M4，片上集成了豐富模擬外設(shè)，以及射頻子系統(tǒng)，并集成了專用的 無線 BMS 協(xié)議棧，采用 2.4GHz 頻段并內(nèi)臵 TI-RTOS，從而支持快速組網(wǎng)。我國汽車 BMS行業(yè)

50、主要經(jīng)歷三個階段，并逐漸向“智能型 BMS”轉(zhuǎn)變。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院， 我國汽車 BMS 主要經(jīng)歷了技術(shù)探索期、技術(shù)驗(yàn)證期、大規(guī)模應(yīng)用期三個主要階段。經(jīng)過多 年的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品試驗(yàn)，我國電池管理系統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)水平得到較大幅度提升，具備熱管 理、充放電管理、安全管理及通信等功能，技術(shù)性能接近國際水平。據(jù)頭豹研究院，隨著汽 車三化不斷發(fā)展?jié)B透，動力電池中的 BMS 不再只具有簡單的充放電保護(hù)功能，還逐漸提供 脈沖放電平穩(wěn)、多電芯平衡管理等管理，BMS 逐漸從“保護(hù)型 BMS”向“智能型 BMS“轉(zhuǎn)變。汽車 BMS 設(shè)計(jì)面臨挑戰(zhàn)，行業(yè)存在五大壁壘。據(jù) ADI 官網(wǎng)，為了最大限度的利用電能，并 且充分保

51、證壽命，必須引入復(fù)雜的電池監(jiān)控電路，監(jiān)控電池單元的電壓與溫度，監(jiān)控由多個 電池單元串聯(lián)而成的電池組的電壓與電流，平衡電池單元之間的電壓，并跨越勢壘傳輸數(shù)據(jù) 信號，確保電池在驅(qū)動和充電時高效、安全地工作。在高共模電壓和高達(dá)數(shù)百安培開關(guān)瞬變 的情況下，電池管理系統(tǒng)(BMS)必須對不同的電池單元進(jìn)行精確的測量。系統(tǒng)的精度必須達(dá) 到 mV 級，采樣必須在嚴(yán)格的延遲時間范圍內(nèi)保持同步，采樣速度和精度都會影響整個系統(tǒng) 的效率。系統(tǒng)必須提供安全機(jī)制，以便檢測電池單元、電纜、監(jiān)控電路和通信總線等的故障。 系統(tǒng)還要求 BMS 具備較低功耗以減少對電池電量的消耗，同時避免加劇電池不平衡，所以 監(jiān)控器 IC 和隔離

52、電路的功耗應(yīng)盡可能低。此外，汽車 BMS 行業(yè)存在技術(shù)、整車廠商認(rèn)證、 品牌、人才、服務(wù)五大壁壘，對 BMS 市場參與者提出更高要求。汽車 BMS 芯片技術(shù)門檻高，適當(dāng)情況下需符合 ASIL-D 認(rèn)證要求。為保證系統(tǒng)安全有效運(yùn) 行，電池管理芯片需要測量關(guān)鍵電池參數(shù)的端子電壓、充電/放電電流和溫度。測量性能比較 嚴(yán)苛，對每個電池單元的測量精度需要達(dá)到：電壓誤差為幾毫伏 (mV)，電流誤差幾毫安 (mA)， 溫度誤差小于 1 攝氏度 ()。根據(jù) ADI Bill Schweber 文章，實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：1）確 定電池組的充電狀態(tài) (SOC) 和健康狀態(tài) (SOH)，從而準(zhǔn)確地預(yù)測電池組的剩余容

53、量（運(yùn)行 時間）和總預(yù)期壽命；2）提供實(shí)現(xiàn)電池平衡所需的數(shù)據(jù)，電池內(nèi)部存在差異以及不同的位 臵、溫度和老化情況，但可以平衡已充電電池單元之間的電壓。如果不進(jìn)行電池平衡，將導(dǎo) 致電池組性能降低，甚至損壞電池。3）防止許多可能損壞電池并造成諸如車輛及其乘員等 用戶安全問題的情況。汽車安全完整性等級 (ASIL) 是由 ISO 26262 道路車輛功能安全標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定的風(fēng)險分類方案，該標(biāo)準(zhǔn)改編自 IEC 61508 中關(guān)于汽車工業(yè)的安全完整性等級 (SIL) 規(guī) 定。 BMIC 需要符合相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)，并能在適當(dāng)?shù)那闆r下達(dá)到 ASIL-D 汽車應(yīng)用的認(rèn)證 要求，這是汽車領(lǐng)域最高、最嚴(yán)格認(rèn)證級別。4.3

54、. 汽車 BIMC 主要硬件電路：主動均衡、AFE、MCU、隔離電路等4.3.1. AFE 模塊：實(shí)現(xiàn)電池信息采集、狀態(tài)監(jiān)測等功能AFE（模擬前端，Analog Front End Front End）是包含傳感器接口、模擬信號調(diào)理 （Conditioning，包括阻抗變換、程控增益放大、濾波和極性轉(zhuǎn)換等）電路、模擬多路開關(guān)、 采樣保持器、ADC、數(shù)據(jù)緩存以及控制邏輯等部件的存以及控制邏輯等部件的集成組件。有 些 AFE 還帶有 MCU、DAC 和多種驅(qū)動電路和多種驅(qū)動電路。4.3.2. 電池均衡模塊：提升電池續(xù)航時間和循環(huán)壽命電池不均衡會影響電池續(xù)航時間和電池循環(huán)壽命。電池不均衡表現(xiàn)為多節(jié)電

55、池串聯(lián)時各節(jié)電 池電壓不相等，尤其在充電末端和放電末端時表現(xiàn)明顯。當(dāng)滿充容量不同的電池配組串聯(lián)在 一起時，串聯(lián)充電電流相同，但滿充容量小的那個電池會先充到更高電壓，從而表現(xiàn)為各節(jié) 電池電壓不相等。即使?jié)M充容量相同，但 SOC 不同的電池配組串聯(lián)在一起時，SOC 高的 那節(jié)電池的電壓偏高，從而表現(xiàn)為各節(jié)電池電壓不相等。 即使?jié)M充容量相同、SOC 相同， 但各節(jié)電池的內(nèi)阻 R 不同，則在充放電時 IR 壓差不同，也會導(dǎo)致電池端電壓不同。此外， 一些外部因素（比如電池組局部受溫或個體電池之間熱不均衡）也會導(dǎo)致個體電池老化速率 不同從而內(nèi)阻不均衡。最終都可能表現(xiàn)為各節(jié)電池電壓不相等。均衡電路主要包括主

56、動均衡、被動均衡。主動均衡是把電量最多的那節(jié)電芯多出來的電量轉(zhuǎn) 移給電量最少的那節(jié)電芯，或者轉(zhuǎn)移給整串電池，實(shí)現(xiàn)能量回收。被動均衡是把電量最多的 那節(jié)電芯多出來的電量通過電阻發(fā)熱消耗掉。4.3.3. 計(jì)算單元（MCU 等）：實(shí)現(xiàn)控制、計(jì)算等功能MCU 作為計(jì)算平臺，需要滿足 AEC-Q100、ISO26262 等認(rèn)證。以 ADI 48V 油電混合 BMS 系統(tǒng)為例，MCU 起到繼電器控制、SOC/SOH 估計(jì)、均衡控制、電芯電壓、電流、溫度數(shù)據(jù) 收集、數(shù)據(jù)存儲等作用。相較于消費(fèi)級和工業(yè)級 MCU，車規(guī)級 MCU 行業(yè)壁壘更高。據(jù)汽車 人參考，車規(guī)級半導(dǎo)體對產(chǎn)品的可靠性、一致性、安全性、穩(wěn)定性和

57、長效性要求較高，研發(fā) 難度較大：汽車行駛的外部溫差較大，對芯片的寬溫控制性能有較高要求；在產(chǎn)品壽命方面， 整車設(shè)計(jì)壽命通常在 15 年及以上，遠(yuǎn)高于消費(fèi)電子產(chǎn)品的壽命需求；在失效率方面，整車 廠對車規(guī)級半導(dǎo)體的要求通常是零失效；在安全性方面，汽車電子的高功能安全標(biāo)準(zhǔn)給復(fù)雜 性日益增長的電子系統(tǒng)量產(chǎn)化 提供了足夠的安全保障。車規(guī)級半導(dǎo)體的供應(yīng)周期需要覆蓋 整車的全生命周期，供應(yīng)需要可靠、一致且穩(wěn)定，對企業(yè)供應(yīng)鏈配臵和管理方面提出了較高 要求。4.3.4. 隔離電路：實(shí)現(xiàn)高低壓模塊間電氣隔離隔離器件實(shí)現(xiàn)高低壓模塊間的電氣隔離，技術(shù)路線包括光耦隔離和數(shù)字隔離。隔離器件是可 以將輸入信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換并輸出

58、，以實(shí)現(xiàn)輸入、輸出兩端電氣隔離的一種安規(guī)器件。電氣隔離 能夠保證強(qiáng)電電路和弱電電路之間信號傳輸?shù)陌踩裕绻麤]有進(jìn)行電氣隔離，一旦發(fā)生故 障，強(qiáng)電電路的電流將直接流到弱電電路，對電路及設(shè)備造成損害。另外，電氣隔離去除了 兩個電路之間的接地環(huán)路，可以阻斷共模、浪涌等干擾信號的傳播，讓電子系統(tǒng)具有更高的 安全性和可靠性。高電壓（強(qiáng)電）和低電壓（弱電）之間信號傳輸?shù)脑O(shè)備大都需要進(jìn)行電氣 隔離并通過安規(guī)認(rèn)證。廣泛應(yīng)用于信息通訊、電力電表、工業(yè)控制、新能源汽車等各個領(lǐng)域。4.4. 供需兩端齊助推，國產(chǎn) BMS 前景可期4.4.1. 供給端：整車廠、電池企業(yè)、第三方 BMS 廠商共同參與隨著 BMS 市場

59、需求的大幅增加，我國 BMS 廠商數(shù)量逐步增多，產(chǎn)品類型更加豐富，已形 成包含整車廠商、動力電池廠商和第三方 BMS 專業(yè)廠商等多種類型 BMS 研發(fā)和生產(chǎn)并行 發(fā)展的完整產(chǎn)業(yè)鏈。一般動力電池企業(yè)具備研發(fā)及資金實(shí)力時會選擇開發(fā) BMS，比如寧德時 代、國軒高科等；一線整車企業(yè)一般擁有較大體量，順應(yīng)全球新能源汽車趨勢，選擇開發(fā) BMS 主控單元，在成本和效率方面具有優(yōu)勢，比如比亞迪、吉利等；第三方 BMS 企業(yè)專業(yè)研究 BMS，面向汽車、通信、儲能等多種行業(yè)，具有此類企業(yè)積累大量標(biāo)準(zhǔn)及定制電芯數(shù)據(jù)，目 前第三方企業(yè)參與者較多，但技術(shù)水平參差不齊，國內(nèi)處于領(lǐng)先水平的有科列技術(shù)、均勝電 子、億能電子

60、等。由 2021 年我國 BMS 裝機(jī)量得出，目前國內(nèi) BMS 市場競爭較為集中，專 業(yè)第三方 BMS 企業(yè)的數(shù)量較多，參與 BMS 的電池企業(yè)和整車企業(yè)的數(shù)量較少，但體量較 大。未來 BMS 市場競爭將日漸激烈，據(jù)興泰資本，一方面整車廠和動力電池廠可能通過并 購或投資第三方 BMS 企業(yè)涉入 BMS 領(lǐng)域；另一方面，隨著新能源補(bǔ)貼退坡的影響，整車 廠將降成本的壓力傳導(dǎo)至上游動力電池企業(yè)和 BMS 企業(yè)，第三方 BMS 企業(yè)將迎來一波洗 牌，沒有自主核心技術(shù)的 BMS 企業(yè)將會被淘汰出局，只有擁有核心技術(shù)和研發(fā)實(shí)力的第三 方 BMS 企業(yè)才能保持自身專業(yè)優(yōu)勢，獲得整車廠的認(rèn)可。BMS 可助力電