電池管理芯片是指能夠對電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，防止其出現過(guò)充、過(guò)放、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫的狀況出現，以達到保證電池系統的平穩運行并延長(cháng)電池使用壽命的目的。
BMS市場(chǎng)規模高達65億美元，分布式架構BMS成為未來(lái)發(fā)展趨勢
技術(shù)構成方面，BMS主要涉及BMS核心芯片技術(shù)、BMS系統架構設計、嵌入式硬件開(kāi)發(fā)和測試、 嵌入式軟件開(kāi)發(fā)和測試、軟硬件集成測試、功能安全技術(shù)等。
從硬件來(lái)看，BMS硬件為BMIC，主要包含AFE、MCU、ADC、數字隔離器等芯片。其中，AFE模擬前端芯片用來(lái)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(lái)說(shuō)該芯片會(huì )集成被動(dòng)均衡功能；BMS中的MCU芯片起到處理BMS AFE芯片采集的信息并計算荷電狀態(tài)(SOC)的作用；而數字隔離器主要用在高低壓之間的數字通信，以實(shí)現高低壓模塊間的電氣隔離功能。
電池管理芯片主要品類(lèi)
資料來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
從拓撲架構上看，BMS根據不同項目需求可分為集中式、分布式和半集中式三類(lèi)。
其中，集中式BMS能將所有電芯統一用一個(gè)BMS硬件采集，具有成本低、結構緊湊、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，一般常見(jiàn)于容量低、總壓低、電池系統體積小的小電池包場(chǎng)景中；分布式BMS采用一主多從結構，電壓、溫度采集及均衡等功能由從控完成，一個(gè)從控管理若干電池，主控與從控總線(xiàn)通信采用BMU(電池管理控制器)+多個(gè)CSC(單體管理單元)的結構，能夠將電池模組的功能獨立分離；而半集中BMS則采用BMU+少量大CSC方式，屬于集中式和分布式的組合運用，用于模組排布奇特的電池包上。
資料來(lái)源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院
近年來(lái)，隨著(zhù)動(dòng)力電池系統不斷向高容量、高總壓、大體積的方面發(fā)展，分布式架構的BMS已經(jīng)被越來(lái)越多的應用在大電池包等較為復雜的場(chǎng)景中，成為BMS未來(lái)發(fā)展的趨勢。而菊花鏈連接的分布式BMS系統,在成本上有較高的優(yōu)勢，未來(lái)會(huì )有越來(lái)越廣泛的應用。
市場(chǎng)規模方面，受益于近年來(lái)儲能、新能源汽車(chē)等行業(yè)的高速發(fā)展，帶動(dòng)了 BMS市場(chǎng)規�？焖僭鲩L(cháng)。
據前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的數據，2021年全球BMS市場(chǎng)規模預計為65.12億美元，至2026年預計可達131億美元，CAGR為15%。我國B(niǎo)MS 2021年市場(chǎng)需求規模為100億元，未來(lái)隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)規模擴大和電池效率要求提高，BMS市場(chǎng)規模有望實(shí)現穩定增長(cháng)。
資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院
BMS呈現三分天下格局，主要廠(chǎng)商相關(guān)業(yè)務(wù)呈高速發(fā)展態(tài)勢
目前，BMS 市場(chǎng)主要有整車(chē)廠(chǎng)商、電池廠(chǎng)商、第三方廠(chǎng)商三類(lèi)企業(yè)參與。三者各有優(yōu)劣和側重，都希望抓住“雙碳”背景下，能源轉型帶來(lái)的巨大的發(fā)展機會(huì )。
具體來(lái)看，以比亞迪、特斯拉、吉利、北汽、小鵬為代表的整車(chē)廠(chǎng)商由于綜合實(shí)力較強，通過(guò)向上游吸收人才、收購和戰略合作等方式將包括 BMS 在內的動(dòng)力電池系統業(yè)務(wù)進(jìn)行整合。整合以后，通過(guò)自主研發(fā)，將核心技術(shù)運用到自己產(chǎn)品中，以提高車(chē)輛動(dòng)力電池的安全性能。
資料來(lái)源：芯八哥整理
以寧德時(shí)代、欣旺達、德賽電池、中航鋰電、國軒高科代表的電池廠(chǎng)商，通常主營(yíng)業(yè)務(wù)覆蓋電芯、BMS和PACK 等多個(gè)環(huán)節。這些企業(yè)技術(shù)實(shí)力較強，并且擁有多年積累的核心電池數據，能夠將BMS運用到電芯包，并且整體銷(xiāo)售給下游終端客戶(hù)。
此外，以德州儀器、亞德諾、英飛凌、恩智浦、瑞薩電子、意法半導體、科列技術(shù)、超思維、協(xié)能科技、華泰半導體、矽力杰、圣邦股份、杰華特、賽微微、中穎電子等為代表的第三方廠(chǎng)商擁有非常專(zhuān)業(yè)的研發(fā)團隊，技術(shù)實(shí)力強，并且擁有快速的產(chǎn)品迭代能力，主要通過(guò)向下游電池廠(chǎng)商及終端廠(chǎng)商出售BMS 產(chǎn)品、方案和服務(wù)盈利，但與終端客戶(hù)關(guān)系相對不穩定。
競爭格局方面，根據NE時(shí)代統計數據，2022年弗迪電池（比亞迪子公司）、寧德時(shí)代、特斯拉、華霆動(dòng)力、力高技術(shù)分別以1,611,724 、659,503 、441,651 、392,025 、358,588套的裝機量位于行業(yè)前五，市占率合計為66.20%。
資料來(lái)源:NE時(shí)代
從增長(cháng)率來(lái)看，受益于新能源汽車(chē)的高速發(fā)展，前十廠(chǎng)商在2022年都取得了不錯的成績(jì)，其中弗迪電池、力高技術(shù)、威睿電動(dòng)3家公司同比增長(cháng)率都超過(guò)1倍以上。
資料來(lái)源：NE時(shí)代
值得一提的是，在諸多廠(chǎng)家的BMS中，特斯拉的 BMS 系統是復雜度和技術(shù)難度最高的之一，這主要是由于特斯拉獨特的大量小圓柱電池成組設計造成的。
在 model S 時(shí)代，特斯拉全車(chē)使用了7104節電池，每 74 節電池并聯(lián)檢測一次電壓，每 444 節電池設置 2 個(gè)溫度探測點(diǎn)，整個(gè)電池組共有 16*6=96 個(gè)電壓采樣點(diǎn)，以及 32 個(gè)溫度采樣點(diǎn)�？梢钥吹奖姸嗟牟蓸訑祿䴙殡姵毓芾碓黾恿穗y度，最終依靠高性能的BMS將這些數據設置合理的控制策略。
特斯拉Model-S使用的BMS
資料來(lái)源:特斯拉
高復雜度的電池組也讓特斯拉在 BMS 領(lǐng)域積累了相當強的實(shí)力。與之相對，其他廠(chǎng)商的 BMS 復雜度就遠不如特斯拉高，例如大眾MEB平臺的首款電動(dòng)車(chē) ID.3 采用最多 12 個(gè)電池組模塊，其電池管理算法相對會(huì )比較簡(jiǎn)單。
消費領(lǐng)域BMS已經(jīng)實(shí)現國產(chǎn)替代，工業(yè)、新能源車(chē)未來(lái)空間廣闊
在新能源時(shí)代，基本上所有使用鋰電池的終端，都需要安裝BMS進(jìn)行電池保護，已漸成剛需。
從下游應用來(lái)看，BMS下游應用主要包括消費電子、工業(yè)及新能源車(chē)等領(lǐng)域。其中，在新能源車(chē)動(dòng)力電池應用占比達54%，消費電子電池占比22%，工業(yè)及其他電池占比24%。從國內BMS發(fā)展情況來(lái)看，目前在消費電子和工業(yè)控制領(lǐng)域，市場(chǎng)上已經(jīng)涌現出非常多的國產(chǎn)品牌電池管理芯片，但在應用于新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池領(lǐng)域，BMS芯片仍舊依賴(lài)進(jìn)口芯片，國產(chǎn)芯片寥寥無(wú)幾。
資料來(lái)源：安信證券，芯八哥整理
（一）消費電子市場(chǎng)
在消費電子市場(chǎng)，手機、PC、PAD、手表、耳機等產(chǎn)品以低串數（1-4串）的產(chǎn)品為主，BMS在其中發(fā)揮計量、安全、充電管理等功能，硬件產(chǎn)品形態(tài)以SoC居多。
由于技術(shù)難度相對較低，國內在最近幾年在消費電子BMS領(lǐng)域涌現出了一大批玩家，逐漸在主流手機市場(chǎng)完成了國產(chǎn)替代，并在TWS耳機等新興消費電子市場(chǎng)上占據優(yōu)勢地位。不過(guò)，仍需指出的是，國內廠(chǎng)商雖然發(fā)展很快，但現階段技術(shù)水平與TI、ADI等國際大廠(chǎng)仍存在一定的差距。
以TI為例，2022年TI面向平板電腦、筆記本電腦等應用領(lǐng)域推出了BMS新品BQ294534。這是一款用于兩到三節串聯(lián)電池二級保護的電池管理芯片，過(guò)電壓保護精度±10mV，低功耗1μA�，F在中穎電子、賽微微電、穩先微等國產(chǎn)廠(chǎng)商，它們的電池保護芯片在保護精度上一般做到的是±20mV的水平，TI推出的這款電池保護芯片BQ294534具有更高的保護精度，競爭優(yōu)勢更強。
（二）工業(yè)市場(chǎng)
在工業(yè)控制市場(chǎng)，電池管理芯片的終端應用主要包括電動(dòng)工具、無(wú)人機、工業(yè)機器人、儲能等。工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品具備電池串數多、工作電壓高、電流強等特點(diǎn)，因而對電源和電池管理芯片技術(shù)要求較高，國際主要玩家為T(mén)I、羅姆，國內玩家以芯唐、中穎電子等為主。
從硬件產(chǎn)品形態(tài)來(lái)看，電動(dòng)工具BMS主要以AFE+MCU+主動(dòng)均衡+隔離/通信/保護芯片等組合形式為主，而儲能領(lǐng)域BMS則以AFE+保護芯片方案為主。
以電動(dòng)工具為例，近年來(lái)采用鋰電池供電的無(wú)線(xiàn)電動(dòng)工具因輕便、操作舒適、易于攜帶等優(yōu)勢受到廣大歡迎，光2021年我國的電動(dòng)工具銷(xiāo)量為2.2億臺，市場(chǎng)空間巨大。在這一塊市場(chǎng)，除了中穎電子、芯�？萍嫉壬鲜衅髽I(yè)有所布局外，近年來(lái)也涌現除了華泰半導體、禹創(chuàng )半導體等眾多新興玩家。
（三）新能源車(chē)市場(chǎng)
在新能源車(chē)市場(chǎng)，電池本身在成本和性能上已成為整車(chē)廠(chǎng)致勝的關(guān)鍵點(diǎn)，而電池的續航里程、快充、成本等均與BMS的優(yōu)化息息相關(guān)。
兩輪車(chē)市場(chǎng)方面，主要以6-16串的產(chǎn)品為主，技術(shù)難度相對較高，BMS所需芯片種類(lèi)安全為必須，但大多不需計量。
以華泰半導體為例，公司此前針對兩輪車(chē)市場(chǎng)的應用推出了HTL6310/6314—內置均衡的8~14節鋰電池保護芯片。該系列芯片具有高精度的電壓檢測和電流檢測電路，能夠實(shí)現過(guò)壓(OV)保護、欠壓(UV)保護、放電過(guò)流(DOC)保護、短路(SC)保護，充電過(guò)流(COC)保護、高溫(OT)保護和低溫(UT)保護等功能，且集成了均衡驅動(dòng)電路，可實(shí)現內部小電流均衡，也可外部擴展實(shí)現大電流均衡。
電動(dòng)兩輪車(chē)
資料來(lái)源：華泰半導體
比兩輪車(chē)BMS研發(fā)難度更高的是新能源汽車(chē)BMS系統。
據了解，車(chē)規級BMS系統的核心芯片主要包括車(chē)規級BMS AFE、MCU、數字隔離通訊接口芯片等。因為涉及到車(chē)輛動(dòng)力系統，車(chē)規級BMS AFE芯片產(chǎn)品僅驗證周期就將達到1.5至2年，從產(chǎn)品定義到成型至少需要4年。此外，針對苛刻的汽車(chē)應用環(huán)境，除了可靠性需要滿(mǎn)足 AEC Q100 Grade1 品質(zhì)標準外，還需要滿(mǎn)足ISO 26262汽車(chē)安全完整性等級ASIL-D級認證，可見(jiàn)車(chē)規AFE芯片的綜合門(mén)檻非常之高。因此，截至目前新能源汽車(chē)BMS市場(chǎng)仍被ADI、TI、ST、英飛凌、NXP、瑞薩、松下等等模擬龍頭企業(yè)壟斷。
TI車(chē)規電池管理芯片新品BQ79652-Q1
資料來(lái)源：TI
在這一輪缺芯的背景下，恰逢新能源車(chē)銷(xiāo)量爆發(fā)，國內終端廠(chǎng)商、鋰電廠(chǎng)商都對芯片的國產(chǎn)替代有著(zhù)強烈需求，正從不同角度切入動(dòng)力BMS，并且部分廠(chǎng)商的產(chǎn)品及技術(shù)已經(jīng)得到了一定的突破。
比如在車(chē)規級MCU方面，包括杰發(fā)科技、全志科技、兆易創(chuàng )新、芯旺微、賽騰微、小華半導體、芯�？萍�、云途半導體、芯旺微電子等國內廠(chǎng)商已有產(chǎn)品陸續通過(guò)車(chē)規級AEC-Q100認證；而在BMS AFE 芯片方面，亞迪半導體、Chipways等廠(chǎng)商也已經(jīng)在該領(lǐng)域推出了能夠滿(mǎn)足AEC-Q100標準的車(chē)規級AFE芯片。
未來(lái)，隨著(zhù)國家“碳中和”戰略的持續推進(jìn)，中國新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)黃金5年，有望為BMS芯片的應用提供廣闊的市場(chǎng)藍�？臻g。
寫(xiě)在最后
BMS芯片市場(chǎng)長(cháng)期被TI、ADI、NXP等歐美企業(yè)壟斷。不管是消費級、工業(yè)級還是車(chē)規級，90%多為進(jìn)口，國產(chǎn)化率不高，國產(chǎn)化突破非常重要。
受益于終端整機及電池產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，中國在發(fā)展自主品牌BMS方面具有較強話(huà)語(yǔ)權，且國內新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的強勁需求將成為BMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要動(dòng)力�？梢云诖氖�，在國內半導體蓬勃發(fā)展的背景下，電池管理芯片有望在未來(lái)3-5年進(jìn)一步突破，以實(shí)現新能源汽車(chē)等高端BMS等關(guān)鍵領(lǐng)域的國產(chǎn)替代。 |
