然而锂电池存在易燃易爆炸等缺陷，想象一下，如果我们每天利用的手机、电动车等因电池问题发生燃烧或者爆炸，将会对利用者造成严重后果，因此我们须要设计出一系列的芯片来为它供应管家式做事，详细来说有以下4类：用于保护电池过充、过放、过温、过流的，叫锂电保护芯片；用于电池充电过程中电压和电流掌握的，叫锂电池充电芯片；用于采集电芯电压、电流和温度来打算电池电量、康健信息的，叫电池计量芯片；由采集模块、均衡模块和通讯模块组成的仿照前端，叫电池采样芯片（AFE）。
先说锂电保护芯片，其电路常日以锂电保护 IC（掌握器）、MOSFET、被动保护组件、电阻和电容等组成。核心事情事理是通过掌握器在过充（电池电压超过额定值）或者过放（电池电压低于额定值）或某下关键条件下情形下（短路、过流等）关断Mos管以保护电路安全，锂电保护IC 和 MOSFET有分立形式和集成形式两种，目前单节方案基本都是集成Mos，多串方案多采取分立形式，下图为某单节锂电池充电芯片范例拓扑图，内含多个电压及电流检测比较器，过充时CO引脚对应的Mos会关断，过放时DO对应的Mos会关断，一样平常来说，多串难度大于单串。
评价一颗锂电保护芯片的好坏，紧张从静态功耗、过充及过压保护精度、耐压值等参数来考量，总体来说，体积越小，功能越全，价格越便宜，越有竞争力，下图为海内某锂电池保护芯片和同类型产品的参数比拟：
再说说电池计量芯片，它是采集电芯电压、电芯温度、电芯电流等信息，通过一定算法进行电池建模，来准确打算电池电量、康健度等信息，打算方法一样平常包括开路电压法（OCV）和库仑计量法，前者随意马虎实现但精度低，不准，后者更精确但也有偏差，TI发明了个阻抗跟踪法，结合了OCV和库伦的优点，能够实现更准确的电量计量。对付电池计量芯片，除了硬件实现，软件方面的算法也是电池计量芯片主要竞争力之一，下图为笔者参加最近储能展会时拍摄的储能BMS算法，已经进化到了非常繁芜的地步，电池计量芯片可以集成一级保护芯片，也可以分立存在。
评价一颗电池计量芯片的利害，核心参数包括静态功耗、电量电压和电流偏差、电流ADC分辨等详细参数，下图为某上市公司电池计量芯片参数和国内外同类竞品的参数比较图：
接下来说说充电管理芯片，锂电池充电一样平常分为4个阶段，即预冲，恒流，恒压，浮冲四个阶段（见下图）。充电芯片能丈量电池的充电电流和电压，并进行掌握，让充电电流符合电池充电预充，恒流，恒压，浮充足歧阶段的需求，从实现事理上来说，锂电池充电芯片和DC/DC很像，也分为线性充电（适用于小功率便携电子产品，如收音机、扩音器、小风扇等）和开关充电，开关充电芯片也分为Buck、Boost、Buck-Boost类型，随着快充的盛行，又增加了电荷泵（上一篇DC/DC的文章有详细先容）通过增大恒压阶段的充电电流的办法实现快充，关式充电芯片是目前智好手机的主流。
选择何种类型的充电管理芯片，取决于电池组中串联的电池数量、输入电压 (VIN) 范围、充电电流和系统电源路径管理等，单颗锂电池充电芯片（如范例的4054）等已经发展了很多年，架构相比拟较成熟，多串难度略大一些，评价充电芯片的紧张参数包括功耗、导通阻抗、电流及电压精度以及一些特色功能，下图为某上市公司充电管理芯片和同行竞品参数比较：
末了一种是AFE芯片，是电池管理芯片中技能壁垒和代价量最高的芯片，差异于电量计，指以ADC(模数转换器)为核心，包括运放，滤波器等等组成的一个功能性IP（在此特殊感谢某业内大神指示），电池管理系统中的 AFE芯片一样平常由采集模块、均衡模块和通讯模块等组成。采集模块采集电池仿照旗子暗记，然后经由 ADC 处理转换为相应的数字旗子暗记，通过通信模块中的各种接口将数据传输给 MCU，同时均衡模块卖力平衡电池组中不同电芯的容量。
从运用的角度来看，BMS芯片紧张运用在三个领域：消费电子、电动车、储能。
消费电子包括手机、笔电、IPAD、腕表、耳机等，电池节数多为1-4节，对付消费电子来说，锂保芯片、充电芯片是必须，计量是趋势，一台智好手机的电池管理芯片方案至少包括 1 颗电池安全芯片、1 颗电池计量芯片和 1 颗充电管理芯片；一台平板电脑的电池管理芯片方案常日包括 1 颗电池安全芯片、1 颗电池计量芯片、1 颗充电管理芯片；一副蓝牙耳机的电池管理芯片方案常日包括电池安全芯片、电池计量芯片和充电管理芯片各 1-3 颗；一台无线电动工具的电池管理芯片方案至少包括 1-2 颗电池安全芯片和 1 颗充电管理芯片；一台便携 POS机的电池管理芯片方案至少包括 1 颗电池安全芯片、1 颗电池计量芯片和 1 颗充电管理芯片，下图因此手机为例，展示右下方的方格为在手机电源系统中，BMS芯片所处的位置和浸染：
动力电池领域紧张是电动车，包括电动两轮车和新能源汽车，对付两轮电动车来说（一样平常是6-16节），我们常常看到电池爆炸的新闻，因此安全芯片尤其主要，对付计量不敏感，对付新能源汽车来说（一样平常是100节以上），其电池管理系统(BMS)包括（AFE+主动均衡+MCU+隔离等），紧张须要的是计量和安全，一辆锂电电动两轮车常日利用 4-8 颗电池安全芯片，一辆电动平衡车或电动滑板车常日利用 2-4 颗电池安全芯片。在新能源汽车领域，BMS系统须要对电压及电流、温度、放电倍率等精确并快速采集，对BMS芯片哀求较高，当前海内技能仍无法实现，因此AFE芯片是目前汽车电池管理领域创业最火的分支之一，且动力电池常日采纳多节电芯串联形式，看重电芯的同等性，因此电池均衡能力非常主要（保持各个电芯电压同等），否则随意马虎涌现某串电芯容量严重衰减，电池存在过充电风险。该类型BMS的核心技能在于电池状态精度丈量，目前部分领先企业的精度水平最高可达3%旁边，海内一线BMS厂家达5%旁边，海内二线BMS厂家为5～10%旁边，产品可靠性也是主要指标之一，该领域的BMS企业，产品能否打入宁德时期、中航锂电等头部锂电池企业是成功的关键，下图为范例的汽车BMS管理系统：
在储能领域，目前主流的储能便是个大电池，把电存下来，运用环境特点为串数高、须要在高压环境下运行，因此安全尤为主要，核心需求是AFE和保护芯片，一个完全的储能系统BMS由电池组BMS，电池簇BMS及系统BMS组成，这种三级BMS的设计从最大程度上避免了电芯不屈衡及其所导致的过充及过放。通过做好电池的数据剖析和打算和电池的均衡，能快速高效的改进电池组的同等性，提高电池组的利用效率及利用寿命，储能行业目前发展正风起云涌，未来潜力巨大，下图为储能BMS紧张功能：
从市场格局来看，电池管理芯片是个大市场，根据Mordor Intelligence 的数据显示，2020年环球电池管理芯片市场规模为74亿美元，估量2024年将增长至93亿美元(约合公民币650亿)，2021-2024年CAGR为6%，详细再往下细分，据某券商研报剖析，2023年电动两轮车领域BMS市场规模为3亿，条记本电脑领域BMS市场规模8.3亿，TWS耳机领域BMS市场规模6.8亿，电动工具领域BMS市场规模29.6亿，智好手机领域BMS市场规模约为47亿，这些领域合计约100亿，这100亿紧张集中在消费电子领域，也是也是海内BMS企业集中竞争的主沙场，部分细分方向已经杀成红海，而针对新能源汽车和储能市场的产品，由于哀求高可靠性，研发难度高，用户不敢轻易考试测验国产芯片，因此这些领域还是国际巨子的高毛利阵地，总之，和其他电源管理类芯片一样，国产主攻消费，从下往上打，外资主攻工业、汽车等领域，吃高技能含量的肥肉，下图为环球电池管理芯片领域市场规模变革图。
BMS芯片是个大观点，往细了说，每个细分领域都有它的江湖和生态，既有TI、ADI(产品来自收购的凌特和美信)，ST，瑞萨等这种大而全的，也有日本精工、理光这种在锂保芯片领域特殊强的，在消费、储能、动力电池等各个细分赛道，每家侧重点也各有不同。
抛开国际巨子不看，我国目前锂电池管理芯片参与者紧张有以下：
1. 赛微微电
环球仅有的三家能量产高精度电池电量计专用芯片企业之一。由英国海归硕士蒋燕波2009年在广东东莞创立，公司2013年电池计量芯片(消费运用为主)量产，2015年电池安全芯片(工业运用为主)量产并进入小米供应链，2019年首款充电管理芯片(消费运用为主，)量产，2020年进入三星，OPPO，光彩等体系，2022年成功上岸科创板，目前产品线包括电池电量计芯片、电池管理芯片、电池保护芯片、BMS前端采集芯片以及USB充电掌握芯片。专注消费及工业市场，值得一提的是，公司细分领域定位得当，产品毛利近60%，不过总体规模还比较小，发展性强
2. 中颖电子
公司成立于1994年，公司紧张产品为工业级MCU和OLED显示驱动芯片。公司MCU紧张用于家电主控、锂电池管理、电机掌握、智能电表及物联网领域，公司自2007年开始研发锂电池管理芯片（紧张为电池计量和电池安全芯片，个中安全芯片在2-16串的多串市场有所打破），在手机及TWS耳机的锂电池管理运用上已经在海内多家品牌大厂量产，紧张产品线处于成长期。在条记本电脑的运用上，现已得到品牌大厂的认可和采取，正处于国产替代市占份额扩充的发展初期。公司锂电池管理芯片产品已从后装市场逐渐进入了前装市场。动力锂电池管理芯多用于电动自行车、扫地机器人、5G基站的储能和电动工具等，目前该领域的美、日供应商处于相对垄断地位，但公司产品已在海内数家大品牌客户量产和导入，估量未来将逐渐上量
3. 芯海科技
由前华为ASIC数模部(海思前身)卢国建于2003年在深圳创立，做ADC起身(聪慧丈量+压力触控)，高精ADC芯片(竞争对手TI，ADI)在体重秤领域爆发，2009年开始研发8位通用MCU，落后级至32位MCU(竞对为赛普拉斯和ST)，如今产品以高精度ADC+高可靠性MCU双轮驱动，广泛利用于各种丈量，小家电玩具，电源快充等消费领域，公司于2020年9月上岸科创板，向车规级MCU进军，在电池芯片领域，紧张是电池计量芯片，公司BMS产品2021年末已开始出货，2022年为持续上量的状态，目前紧张在手机上运用，并将应时推出多节BMS产品，拓展在笔电和电动工具等领域运用，同时，公司目前正在加大用于一样平常动力电池的BMS芯片的研发力度，估量陆续研发并推出2-4节和5-16节等规格的芯片，同时也对用于汽车动力电池的BMS芯片做出预研，未来有望实现放量
4. 圣邦股份
海内仿照电源管理+旗子暗记链芯片设计公司Top2，最有可能成为中国版德州仪器的龙头企业之一，企业成立早（2007年），产品布局全(电源管理(占大头)+旗子暗记链)，品类多(3000+)，由海龟博士，前德州仪器工程师张世龙博士于2007年归国创办，原操持在外洋上市，2012年股改，2017年上岸创业板，公司产品在各个仿照细分领域均有较强竞争力，大客户多，公司依赖内生+外延稳步发展中，公司在电池管理芯片领域紧张布局的是电池安全芯片和充电管理芯片，串数紧张是1-4串。
除了以上企业，市场上还有凹凸这种老牌选手，有深圳创芯微、苏州赛芯微，拓尔微等以锂保为特色的电池管理芯片企业，在高难度的AFE领域，既有矽力杰，杰华特，比亚迪等大企业参与，也有格威半导体，南京集澈电子，上海琪埔维，航天民芯等未上市黑马企业在迅猛发展，国产芯片企业这种自下而上的打法，是一种务实的做法，先模拟，再超越，假以时日，相信国产电池管理芯片企业也能霸占储能、新能源汽车等BMS行业高地。
在这里再次打个广告，我司一贯密切关注电池管理芯片领域的创业机会，正在探求融资或者有收并购意向的创业者，或者有干系领域项目的同行朋友，欢迎在公众年夜众号留言沟通！
