锂电池治理芯片行业专题研究_电池_电量

电池管理芯片针对电池供应电池计量、状态监控及电池保护、充电管理等功能。

电池安全芯片紧张用于电池状态监控和电池单体均衡，通过实时监测每节电池或电池包，避 免涌现过充、过放、过流和短路等故障，从而使电芯在安全稳定的范围内事情，延长电池寿 命，保障利用者的安全。

电池计量芯片可以供应电池的准确电压、电流、温度、康健度等信息，可以用于确定电池的 电量状态(SoC)和康健状态(SoH)，进行电池荷电状态估算。

电池充电芯片是充电时掌握和检测电流和电压的，电器以最佳的状态为电池充电。

电池认证芯片集成了专业的加密认证算法（比如SHA-1, SHA-256, ECC等）来标识电池是授权的。
只有授权的、安 全的电池才能利用或充电。

电池监测器（Monitor/AFE）：AFE为MCU和电量计供应电 芯和模组的电压、温度和电流等信息。
由于AFE在物理上离 电池最近，AFE还可以掌握断路器，如果触发任何故障，断 路器会将电池与系统的别的部分断开。

均衡器（Balancer）：电池均衡是通过对多节串联电池进行 容量最大化处理，确保各个电池单元能量可用，以此来延长 电池利用寿命的技能。

市场规模与竞争格局

根据赛微微电招股书援引Mordor Intelligence统计数据，2020年环球电池管理芯片市场规模 估量为74亿美元，2024年估量将增长至93亿美元。

德州仪器(TI)是行业龙头，TI的电池管理芯片产品包括充电器、电量监测计、监控器和保护 IC，可用于工业、汽车和个人电子产品运用。

电池管理IC 功能先容：充电IC

大略而言是充电时掌握和检测电流和电压的，使得电器以最佳的状态为电池充电。
据知科技援引德州仪器(TI)电池管理产品(BMS)大中华区市场和运用部门经理文司华先容， 电池容量的突变并不在于电池密度是否有显著提高，而在于手机的屏幕变大了，以是电池容 量、电池空间增大。
其余，电池电压也在不断提高，原来都是4.2V电池，现在变成4.35V。
电压提高的缘故原由是：电芯每增加0.1V，能让电池续航韶光提升5%~8%旁边。
价格差距较大，TI现有产品线报价0.3-6.4美金。

避免涌现过充、过放、过流和短路等故障，从而使电芯在安全稳定的范围内事情，延长电池 寿命，保障利用者的安全。
过充过放对电池的危害都是致命的，不同之处仅在于过充产生大量气体、易自燃和爆炸、表 象剧烈，过放外不雅观变革和缓、但失落效速率却极快，在正常利用中都应严格避免涌现。
对付单 体电池而言，在充放电的过程中，如果过充或者过放电都会造成电池内阻增大，负极析锂， 容量减小等一系列问题，使电池在利用过程中存在安全和寿命缩短的问题。
对付电池组而言， 在成组之前就须要单体电池的电性能基本同等，在利用过程中也须要保持各个单体电池的性 能同等性，这样电池才能只管即便发挥1+1>1的效果。
TI现有产品线报价0.15-5.31美金。

电池管理IC 功能先容：计量IC

电量计功能模块卖力记录流入和流出电池组的电荷。
电荷是电流与韶光之积。
设计电量计时 可利用多种不同的技能。
丈量电流的方法之一是利用电流感测放大器和带有嵌入式低分辨率 ADC的MCU。
电流运算放大器在高共模环境中事情，它卖力放大分流器上差分旗子暗记，以支 持更高的丈量分辨率。
这种设计技能以捐躯动态范围为代价。
其他技能利用高分辨率ADC， 或昂贵的电量计 IC。
理解负载行为的电流花费-韶光关系可确定电量计设计的最佳类型。
SOH(State Of Health)紧张表征当前电池的康健状态，为0-100%之间数值，一样平常认为低于 80%往后电池便不可再用。
可以用电池容量或内阻变革来表示，用容量时即通过电池运行过 程数据估算出当前电池的实际容量，与额定容量的比值即为SOH。
准确的SOH会提高电池 衰减时其他模块的估算精度。

SOC(State Of Charge)属于BMS核心掌握算法，表征当前的剩余容量状态，紧张通过安时 积分法和EKF（扩展卡尔曼滤波）算法，并结合改动策略（如开路电压改动，充满改动，充 电末端改动，不同温度及SOH下的容量改动等）。
安时积分法在担保电流采集精度条件下 比较可靠，但鲁棒性不强，由于存在偏差累计必须结合改动策略，而EKF鲁棒性较强，但算 法比较繁芜，实现难度大。
海内主流厂家一样平常常温可以做到精度6%以内，在高低温和电池 衰减时的估算是难点。
SOE(State Of Energy)算法海内厂家现在开拓的不多，或采取较为大略的算法，查表得到当 前状态下剩余能量与最大可用能量的比值。
该功能紧张用于剩余续航里程估算。
TI现有产品线报价0.51-11.56美金。

电池管理IC 功能先容：计量IC难点所在

BMS的剩余容量估算一贯是业界难点。
首先这是一个根据电池组电压，电流，放电倍率， 温度等成分经由算法打算的估算值，哀求系统先要采集的足够准，足够快才能担保末了的结 果准确。
这又对主控芯片的处理速率，AFE的精度，采集电流的方案选择，温度传感器的精 度提出新的哀求，还有从系统整体考量采样频率的大小诸多成分有关。
选用高处理速率高精 度的芯片势必会增加本钱，采样频率越快系统负荷也越大，以是在目前技能条件下，业界都 是参考详细项目来权衡各方面成分。

电量计拥有电池的准确电压、电流、温度、康健度等信息，能够实时根据当前电池状态向主 机充电器索取最得当的充电电压、充电电流，能够在安全的条件下实现多种形式充电需求， 比如线损补偿、快充、降额充电等等。

电池管理IC 功能先容：计量IC拓展

现行设备中有三种电量计，分别是：1）直接电池电压监控方法：电池电量的估计是通过简 单地监控电池的电压得来的，只管该方法精度较低和缺少对电池的有效保护；2）电池建模 方法，根据锂电池的放电曲线，建立一个数据表，每丈量一个电压值，根据该电压去表中查 出所对应的电量，丈量精度可以达到5%；3）库仑计，在电池串入一个电流检测电阻。
该电 流与韶光做积分便是变革的电量，因此其可以精确跟踪电池的电量变革，精度可达1%。

最准确和经济的办理方案是利用具有低漂移和高共模额定值的 16 位或更高分辨率ADC来测 量感测电阻器上的电压。
高分辨率ADC供应大的动态范围，但以捐躯速率为代价。
AFE仿照 前端芯片直接连着电芯，面临抗大量浪涌脉冲冲击、更高精度采样、更高安全等级等多种高 难度技能门槛的芯片设计哀求。
如果没有了AFE仿照前端芯片，BMS电池管理系统也就成了 无根之木。

电池管理IC 功能先容：多电芯均衡

什么是电池的同等性？大略的说便是同型号单个电池之间的重量、电压、内阻等关键指标的 偏差程度，偏差越大，同等性越差。
事实上，新能源汽车电池是把大量的单个电池通过串联 和并联的办法组成电池组，串联得越多，不一致性放大倍数越多，电池寿命越短。
这也是我 们日常生活中不同品牌、新旧程度不一的电池不要混用的缘故原由。

但在当前技能现状下，哀求电池包内所有电芯完备同等是险些不可能的事情，这就意味着各 电芯间会存在着不一致的事情条件（内阻/发热量/SOC区间）及不同的老化率，以是须要均 衡管理。
BMS有被动均衡管理和主动均衡管理两种办法。

消费电子常见的电池管理系统

随着通信市场逐渐向高能耗的5G手机迭代，续航焦虑催生出对大功率快充的需求，不断升 级的终端设备也对电池管理提出了更高的技能哀求。
个中，用于评估电池剩余容量和康健状 态的BMS电量计芯片，亦随之迎来新的寻衅。
而电量计作为快充功能的一个关键模块，如果要参与到快充掌握，就须要支持小阻值电流采 样电阻，以便支持较大的充电电流。

据IT之家百家号援引Aksje Bloggen数据，环球条记本电脑出货量在2020年达到2.2亿台。
时 代周报百家号援引Strategy Analytics，2021年同比增长19%，再次达到创记录的2.68亿台。
遐想居第一，2021年整年共出货6340万台，年增长率达到16%，市场份额占比达24%。
惠 普5900万台，yoy14%，份额22%；戴尔4570万台，yoy29%，份额17%。
逐日经济新闻百家号援引IDC，2021年环球共计出货平板电脑1.69亿台，较2020年增长 3.2%。
个中苹果以34.2%的市场份额稳居第一，出货量达到了5780万台。
三星18.3%的市场 份额排名第二，出货量为3090万台。

双轮电动车端常见的电池管理系统

据赛微微电招股书援引EV TANK和QY Research数据，2020年中国轻型电动车辆出货量为 2429万辆，个中锂电电动两轮车1136万辆，电动平衡车929万辆，电动滑板车产量364万辆。
据赛微微电招股书显示，业内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，外加1颗电量计和1颗充电管理芯片。

电动汽车端常见的电池管理系统

根据市界百家号，目前在电动汽车中40%的成本来自电池，因此，电池的性能和寿命成为了 电动汽车品牌取获胜利的关键成分。
集中式BMS：集中式BMS具有本钱低、构造紧凑、可靠性高的优点，一样平常常见于容量低、 总压低、电池系统体积小的场景中。
分布式BMS ：分布式的BMS架构能较好的实现模块级和系统级的分级管理。

储能与动力电池管理系统的不同之处

储能电池管理系统，与动力电池管理系统非常类似。
但动力电池系统处于高速运动的电动汽 车上，对电池的功率相应速率和功率特性、SOC估算精度、状态参数打算数量，都有更高 的哀求。

在各自系统里的位臵有所不同：在储能系统中，储能电池在高压上只与储能变流器发生交互， 变流器从互换电网取电，给电池组充电；或者电池组给变流器供电，电能通过变流器转换成 互换发送到互换电网上去。
电池管理系统紧张与变流器和储能电站调度系统有信息交互关系。
电动汽车的BMS，在高压上，与电动机和充电机都有能量交流关系；在通讯方面，与充电 机在充电过程中有信息交互，在全部运用过程中，与整车掌握器有最为详尽的信息交互。

硬件逻辑构造不同：储能管理系统，硬件一样平常采取两层或者三层的模式，规模比较大的方向 于三层管理系统。
储能电池管理系统与内部的通讯基本都采取CAN协议，但其与外部通讯， 外部紧张指储能电站调度系统PCS，每每采取互联网协议格式TCP/IP协议。
储能电池模组 的规模比较大，多串电池串联，较大的单体电压差将造玉成部箱体的容量低落，串联电池越 多，其丢失的容量越多。
从经济效率角度考虑，储能电站很须要充分的均衡。
动力电池管理 系统，只有一层集中式或者两分布式。
所在的电动汽车大环境都采取CAN协议，只是按照电 池包内部组件之间利用内部CAN，电池包与整车之间利用整车CAN做区分。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。
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）

精选报告来源：【未来智库】。
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