在人们的日常生活中，電(diàn)池的重要性越来越凸出，主要體(tǐ)现在两大应用(yòng)领域：一是以手机、筆(bǐ)记本電(diàn)脑、TWS耳机、智能(néng)手表為(wèi)代表的消费类電(diàn)子产品；二是新(xīn)能(néng)源汽車(chē)。特别是以纯電(diàn)动汽車(chē)為(wèi)代表的新(xīn)能(néng)源汽車(chē)，由于现阶段补能(néng)系统不成熟，跟不上应用(yòng)需求的发展，因此，如何能(néng)更好地利用(yòng)電(diàn)池内已有(yǒu)電(diàn)能(néng)，提升能(néng)效，成為(wèi)了車(chē)企和广大消费者关注的焦点。此时，電(diàn)池管理(lǐ)系统（BMS）的重要性就凸显出来。

在人们的日常生活，以及工业应用(yòng)领域，BMS都发挥着关键作用(yòng)，总體(tǐ)来看，该系统主要服務(wù)于以下功能(néng)需求：通过监测外部参数如電(diàn)压、電(diàn)流、温度等，实时检测電(diàn)池状态，并通过算法对電(diàn)池的電(diàn)阻、最大容量等参数进行估测；提升電(diàn)池的能(néng)量利用(yòng)率，為(wèi)電(diàn)池的使用(yòng)和维护提供数据支持；避免单节電(diàn)芯的过充、过放電(diàn)；确保用(yòng)户安全；延長(cháng)電(diàn)池寿命。

在BMS当中，以上功能(néng)主要通过電(diàn)池管理(lǐ)芯片（BMIC）来实现，為(wèi)了实现这些功能(néng)，研发BMIC是个跨多(duō)學(xué)科(kē)的复杂工作，需要在算法设计、模拟采样電(diàn)路设计、高压BCD工艺、复杂数字電(diàn)路设计、電(diàn)路可(kě)靠性等方面具备深厚技术积累。

01

BMIC分(fēn)类

BMIC分(fēn)為(wèi)通用(yòng)和专用(yòng)两种类型，通用(yòng)芯片包括 MCU、電(diàn)源管理(lǐ)芯片、通讯接口等芯片，专用(yòng)芯片则需要针对BMS应用(yòng)进行专门开发，以满足特定应用(yòng)的功能(néng)需求。

BMS专用(yòng)芯片又(yòu)可(kě)分(fēn)為(wèi)電(diàn)池保护芯片、電(diàn)量计量芯片、充電(diàn)芯片、電(diàn)池监测芯片、電(diàn)池认证芯片等。下面简单介绍一下这些BMIC。

電(diàn)池保护芯片

電(diàn)池保护芯片负责监测電(diàn)芯的充放電(diàn)情况，保证不会因為(wèi)外部的错用(yòng)或故障而对電(diàn)池产生损害。当检测到系统出现异常情况时，安全芯片可(kě)以及时切断電(diàn)路，以保障電(diàn)池系统安全。目前，部分(fēn)BMIC（充電(diàn)芯片、電(diàn)量计等）会集成保护功能(néng)，但為(wèi)了实现更全面的保护，专用(yòng)電(diàn)池保护芯片仍然是很(hěn)多(duō)应用(yòng)中不可(kě)缺少的组件。

電(diàn)量计量芯片

電(diàn)量计量芯片的作用(yòng)是通过对電(diàn)池外部特性（如電(diàn)压、電(diàn)流、温度等）的测量，采用(yòng)特定算法对電(diàn)池的SOC／SOH等参数进行估测，并将结果反馈给控制芯片。

充電(diàn)芯片

充電(diàn)芯片主要实现電(diàn)源路径管理(lǐ)（PPM）和充放電(diàn)控制这两项功能(néng)。電(diàn)源路径管理(lǐ)是对電(diàn)源路径进行控制，使外部電(diàn)源的开关不影响系统正常工作；充放電(diàn)控制是对電(diàn)池的充放電(diàn)进行恰当的控制和管理(lǐ)，典型的電(diàn)池充電(diàn)过程通常分(fēn)為(wèi)涓流、恒流和恒压阶段，各阶段间的切换控制由充電(diàn)芯片完成。

受限于成本、體(tǐ)积和散热要求，充電(diàn)芯片一般仅用(yòng)于小(xiǎo)功率用(yòng)電(diàn)器的充電(diàn)，对于大功率应用(yòng)（如電(diàn)动汽車(chē)），一般采用(yòng)由分(fēn)立器件组成的专用(yòng)大功率充電(diàn)電(diàn)路。

電(diàn)池监测芯片

電(diàn)池监测芯片的主要功能(néng)是对電(diàn)池参数进行高精度监测，并通过通讯接口将相关数据发送给主控芯片。与電(diàn)量监测芯片不同的是，電(diàn)池监测芯片仅具有(yǒu)参数监测功能(néng)，一般用(yòng)在高串数串联场合（10串到上百串），此时，需要由多(duō)个监测芯片级联形成监测系统。

電(diàn)池认证芯片

為(wèi)了避免不匹配的電(diàn)池对设备或用(yòng)户造成损害，会在電(diàn)池包中集成一颗電(diàn)池认证芯片，并在電(diàn)池连接至系统时进行认证，只有(yǒu)验证通过的電(diàn)池才能(néng)為(wèi)系统供電(diàn)。虽然很(hěn)多(duō)系统的電(diàn)池不可(kě)拆卸，但為(wèi)了避免用(yòng)户自行替换電(diàn)池带来的潜在风险，厂商(shāng)一般也会在设备内置電(diàn)池中配置一颗认证芯片。

02

電(diàn)动汽車(chē)BMIC发展提速

2021年，全球锂電(diàn)池BMIC市场规模约為(wèi)42．54亿美元，预计到2026年将增加至80．31亿美元，年均复合增長(cháng)率（CAGR）為(wèi)13．55％。其中，增速最快的市场是储能(néng)、汽車(chē)和消费类（手机、筆(bǐ)记本電(diàn)脑、平板電(diàn)脑、TWS耳机、智能(néng)手表等）市场，2021－2026年的CAGR 分(fēn)别為(wèi)72．34％、40．07％、14．50％。可(kě)以看出，在人们的日常生活应用(yòng)中，汽車(chē)，特别是電(diàn)动汽車(chē)用(yòng)BMIC的增長(cháng)速度非常可(kě)观，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超过了消费类電(diàn)子产品市场。

早期的電(diàn)动汽車(chē)通常采用(yòng)单體(tǐ)電(diàn)池方案，随着2012年Tesla发布Model S，首次采用(yòng)由7104 节18650電(diàn)芯串联组成的電(diàn)池包，之所以如此，主要是因為(wèi)18650電(diàn)芯产量大、价格便宜，可(kě)靠性和能(néng)量密度也不错。然而，由7000多(duō)节電(diàn)芯串联＋并联构成的系统中，電(diàn)池簇之间极易出现電(diàn)量不平衡，大量的電(diàn)芯串联，对電(diàn)芯之间的電(diàn)量一致性提出了更高要求，因此，需要采用(yòng)電(diàn)池监测芯片对每一个電(diàn)芯进行電(diàn)压、電(diàn)流检测，这对BMS的要求很(hěn)高。当时，保障Model S電(diàn)池系统正常、安全工作的是TI的BQ76PL5363－6S電(diàn)池监控和保护芯片。

近些年，電(diàn)动汽車(chē)发展迅速，特别是在中國(guó)，其市占率在相对短的时间内快速提升，与此同时，在实际应用(yòng)中，各种问题也显现出来，对電(diàn)池系统提出了更高要求，例如電(diàn)池技术快速迭代，以及高压、快速充電(diàn)等。

目前，電(diàn)动汽車(chē)電(diàn)池電(diàn)压普遍在400V左右，例如，理(lǐ)想One的动力電(diàn)池额定電(diàn)压為(wèi)350．4V，比亚迪秦的在500V左右。相同功率下，電(diàn)压越大，電(diàn)流越小(xiǎo)，電(diàn)流在传导过程中产生的热损耗也越小(xiǎo)。因此，目前的主流車(chē)企均布局高压平台。電(diàn)压升高而電(diàn)流减小(xiǎo)，在这种情况下，IGBT在功耗上不再具有(yǒu)优势，SiC器件则成為(wèi)了高压平台的理(lǐ)想选择。常见SiC器件的击穿電(diàn)压一般為(wèi)1200V，考虑到安全裕量，800V成為(wèi)了車(chē)企高压平台的主流電(diàn)压配置。由于AFE（Active Front End）芯片的需求与電(diàn)压成正比，因此，平台電(diàn)压从400V升至800V时，将带动AFE需求翻倍增長(cháng)。

与工业、消费类電(diàn)子等应用(yòng)不同，電(diàn)动汽車(chē)BMIC与乘员安全息息相关，因此对芯片可(kě)靠性、安全性、一致性提出了更高要求，主要规范包括AEC－Q100、 ISO26262和IATF16949等。

AEC－Q100 是一种基于故障机制的集成電(diàn)路应力测试方法，包括了一系列应力测试，芯片需要通过高温高湿、振动、静電(diàn)放電(diàn)等场景的测试才能(néng)取得认证。ISO26262 是汽車(chē)芯片功能(néng)安全认证，旨在确保系统对外界输入和干扰能(néng)够正确响应（哪怕在部分(fēn)電(diàn)路失效的情况下），避免造成人體(tǐ)健康损害或人身损伤。IATF16949 是汽車(chē)生产质量管理(lǐ)體(tǐ)系认证，涵盖产品安全、风险管理(lǐ)和应急计划、嵌入式软件要求、变更和质保管理(lǐ)、次级供应商(shāng)管理(lǐ)等。

為(wèi)了满足功能(néng)安全需求，在汽車(chē)BMS系统中，SOX算法一般由主控MCU完成，因此，需要构建AFE到MCU之间的通讯链路，早期，一般采用(yòng)星型架构，每个AFE芯片都需要配备单独的隔离通讯芯片，并单独连接至MCU。随着技术的发展，菊花(huā)链架构逐渐成為(wèi)主流，每个AFE芯片之间通过差分(fēn)信号線(xiàn)和隔离電(diàn)容（或隔离变压器）串联，并通过一颗单独的隔离通讯芯片连接到MCU。对于400V系统電(diàn)动汽車(chē)，大约需要8个AFE 芯片和1个隔离通讯芯片，对于800V系统，约需要16个AFE芯片和1个隔离通讯芯片。因此，随着電(diàn)动汽車(chē)的普及，对相应芯片的需求量会大增。

03

國(guó)产BMIC发力

目前，全球BMIC，特别是車(chē)用(yòng)市场主要被TI、ADI、瑞萨等國(guó)际巨头把持着，其中，TI和ADI（含Maxim）占据了近60％全球市场份额。

目前，中國(guó)大陆BMIC市场规模為(wèi)每年数十亿个，國(guó)产品牌市占率仅有(yǒu)20％，细分(fēn)到電(diàn)动汽車(chē)BMIC领域，國(guó)产品牌份额更少。目前，電(diàn)动汽車(chē)BMIC产品设计方案大多(duō)被國(guó)外厂商(shāng)垄断，國(guó)内相关企业大多(duō)在此基础上进行二次开发，包括软硬件设计。能(néng)提供車(chē)规级BMIC完整解决方案的供应商(shāng)主要有(yǒu) ADI（AFE 产品主要来自于收購(gòu)的Maxim和Linear产品線(xiàn)）、TI、英飞凌、NXP、瑞萨（AFE产品主要来自于收購(gòu)的Intersil产品線(xiàn)）、ST和安森美等。

車(chē)规级ADC芯片市场，主要被TI和ADI把持着，中國(guó)本土鲜有(yǒu)提供車(chē)规级ADC的企业。汽車(chē)BMS采用(yòng)的AFE芯片，主要區(qū)别在于采样通道数、内部ADC的数量等，且AFE芯片技术难度很(hěn)高，附加值也高，主要供应商(shāng)包括ADI、TI、ST、松下、NXP和瑞萨，中國(guó)本土几乎没有(yǒu)能(néng)够生产車(chē)规级AFE芯片的企业。

虽然中國(guó)本土企业与國(guó)际大厂之间存在明显差距，但经过多(duō)年的积累，在研发消费类電(diàn)子设备用(yòng)BMIC的基础上，國(guó)内企业，如中颖電(diàn)子、赛微微電(diàn)、比亚迪半导體(tǐ)、琪埔维（CHIPWAYS）、芯海科(kē)技、圣邦微、南芯科(kē)技、纳思达等企业已经在积极布局車(chē)规级BMIC产品了。比亚迪半导體(tǐ)曾推出过一款满足AEC－Q100 标准的車(chē)规级AFE芯片。琪埔维则专注于汽車(chē)智能(néng)核心芯片的研发与销售，主要产品包括汽車(chē)级電(diàn)源管理(lǐ)芯片、传感器等。

作為(wèi)高增長(cháng)、高技术门槛产品，BMIC龙头企业地位相对稳固。不过，随着企业之间的并購(gòu)整合，行业格局正在走向集中，特别是ADI对Maxim的收購(gòu)，以及瑞萨对Dialog的收購(gòu)，正在加速这一进程。

据GGII统计，2022上半年，中國(guó)大陆锂電(diàn)池厂商(shāng)动力電(diàn)池装机量占比超过50％，而中國(guó)本土BMIC企业在全球市场占比不到10％，且中國(guó)BMIC企业下游主要面向消费、電(diàn)动工具等应用(yòng)领域，在动力電(diàn)池领域占比几乎為(wèi)零。如此大的份额差距，為(wèi)中國(guó)BMIC企业提供了巨大的发展机会，需要相关企业不断加大研发投入，以在未来的竞争中占据有(yǒu)利位置。