半導體行業(yè)深度報告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)一的邊界與外部進行聯(lián)系時，就組成了一個電池模組。而當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，電池熱管理系統(tǒng)通過風冷、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、等消費電子電池，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準分為多個不同種類。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，長時間的技術(shù)演進促使其擁有更優(yōu)的良率和成本，但單體電池容量小導致電芯需要以量取勝，對BMS要求更高；方形電池結(jié)構(gòu)復雜，但更易保護電芯；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。中國鋰電池行業(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、手機數(shù)碼電池pack時代、智能手機電池pack時代和動力電池pack興起，消費電池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，BMS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、電池熱管理系統(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自身較為復雜，涉及學科領(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)、抗干擾及可靠性技術(shù)等具備專業(yè)儲備。中國消費電子電池產(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)，中國是相應(yīng)電池的重要組裝基地；動力電池注重技術(shù)和自動化，中國動力電池相關(guān)企業(yè)仍處于成長階段。據(jù)頭豹研究院，消費電子電池行業(yè)龍頭集中度較高，德賽電池、欣旺達、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斷激發(fā)。中國電池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量CAGR達43.5%，隨著新能源車滲透率增長和疫情有效控制，預計中國2022年動力電池裝機量將達229.9GWh。中國動力電池pack行業(yè)市場規(guī)模不斷擴大，推動整個電池pack行業(yè)發(fā)展壯大。根據(jù)國家統(tǒng)計局數(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，年復合增速達到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年預計為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)充當電池管家、保姆角色，電池計量IC、電池安全IC、充電管理IC各司其職BMS即BATTERYMANAGEMENTSYSTEM，稱為電池管理系統(tǒng)，在電池運作系統(tǒng)中充當

“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)實時采集到的電芯狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過特定算法來實現(xiàn)電池模組的電壓保護、溫度保護、短路保護、過流保護、絕緣保護等功能，并實現(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。電源管理芯片是實現(xiàn)在電子設(shè)備系統(tǒng)中對電能的變換、分配檢測、保護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、電池計量芯片、充電管理芯片。近年來，隨著下游通訊、消費電子、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IC負責采集電池信息并計算電量，與電池保護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IC、保護IC、充放電MOSFET、保險絲FUSE、NTC等元件。一級保護IC控制充、放電MOSFET，保護動作是可恢復的，即當發(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閉合開關(guān)，電池可以繼續(xù)使用，一級保護可以在高邊也可以在低邊。二級保護控制三端保險絲，保護動作是不可恢復的，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IC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通信。電量計IC與電池保護IC既可分立，也可集成。硬件、算法、固件是電量計的三大核心，pack-side電量計更具優(yōu)勢。電量計的輸入是電池電壓、電流和溫度，然后通過對電池建模來計算輸出容量信息，其三大核心是：(1)硬件，來實現(xiàn)高精度采樣、低功耗運行；(2)算法，來對電池建模；(3)固件，把算法編程實現(xiàn)，計算輸出容量信息。據(jù)TI官網(wǎng)，在選擇電量計時，通常需要考慮到電芯化學類型、電芯串聯(lián)數(shù)目、通信接口、電量計放在電池包內(nèi)還是放在系統(tǒng)板、電量計算法、是否集成電池保護均衡等功能、支持充放電電流大小、存儲介質(zhì)和封裝。相比System-side電量計，Pack-side電量計直接采樣電芯電壓，電壓更準確，有利于提高電量計量、充電以及保護精度；Pack-side采用可集成加密認證算法的電量計綜合成本更低；Pack-side電池保護板PCM電壓、電流、溫度校準更容易，項目開發(fā)周期更短；Pack-side電量計面對可插拔電池時RAM數(shù)據(jù)不丟失，數(shù)據(jù)更準確。充電管理IC主要負責電池的充放電管理。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行預充、恒流充電、恒壓充電。通過充電管理IC可以實現(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。充電管理芯片根據(jù)工作模式通常可分為開關(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54%，消費電池占比22%，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。計量芯片是核心且價值量最高，消費電子通常采用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算單元（如MCU）、AFE、數(shù)字隔離器等。BMSAFE芯片（模擬前端芯片）負責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，并送入計算單元（如MCU）進行計算荷電狀態(tài)，計算單元（如MCU）主用來處理AFE收集的信息，計算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市場完成國產(chǎn)替代，并在TWS耳機等新興消費電子市場上占據(jù)優(yōu)勢地位；在筆記本電腦、電動自行車、電動工具、掃地機器人以及小型儲能市場，國內(nèi)芯片廠商也在加緊進行驗證測試，正處于國產(chǎn)替代的成長期；應(yīng)用在手機、平板、可穿戴設(shè)備等消費電子產(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)組成，動力電池和儲能電池領(lǐng)域所用電池組遠多于以上消費電池領(lǐng)域，技術(shù)門檻也更高，中國動力電源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，疊加中國汽車三化的滲透發(fā)展，中國對國產(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，但中國BMS市場仍占據(jù)重要地位，據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，2020年中國BMS市場需求規(guī)模為97億元。未來隨著電動汽車市場規(guī)模擴大和電池效率要求提高，BMS市場規(guī)模有望實現(xiàn)穩(wěn)定增長，據(jù)BusinessWire估計、前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理，2021年全球BMS市場規(guī)模預計為65.12億美元，至2026年預計可達131億美元，CAGR為15%。據(jù)MordorIntelligence，2024年全球電池管理芯片市場規(guī)模預計達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)用實踐，消費電子領(lǐng)域產(chǎn)品性能已經(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方面具有較強話語權(quán)。中國電產(chǎn)業(yè)鏈完善，且國內(nèi)消費電子、新能源汽車產(chǎn)業(yè)的強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)替代進程加速。中國BMS芯片長期依賴進口，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.消費電子：快充、5G、智能水平提升等助力BMIC快速發(fā)展3.1.手機：快充和5G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)過充導致電池損壞。在電池工作的全生命周期中，電量計用于確定電池的電量狀態(tài)（SoC）和健康狀態(tài)（SoH），進行電池荷電狀態(tài)估算。普通手機充電時經(jīng)歷大約四個階段，均需電池管理芯片負責監(jiān)控。1）恢復性充電：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，把電池的電壓給升上來。2）恒流快充：電池的電壓達到一定程度后，充電器開始給手機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，可以使手機電池達到比較好的性能。4）涓流細充：這個階段電池已充滿，如果將充電回路切斷的話，因為手機自身的待機會產(chǎn)生待機電流，導致手機會被再次充電，為了解決這種情況，就要通過涓流細充來解決，通過這種方式可以將手機電池的電壓維持在滿電狀態(tài)。普通手機充電四大階段均需要手機BMS系統(tǒng)參與，管理手機充放電功能。3.1.2.智能手機性能迭代對BMIC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，正成為智能手機標配。據(jù)BatteryUniversity，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，但由于手機電池的國際標準為在800次充放電過后，手機電池保持80%以上的性能即為合格，結(jié)合手機更換時間通常為2-3年，因此快充對手機通常不會對手機電池造成太大損耗。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

QuickCharge2.0快速充電技術(shù)、聯(lián)發(fā)科PumpExpressPlus快速充電技術(shù)等。實現(xiàn)快充需要滿足三要素：充電器、電池、chargeIC。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)，iPhone11Pro和ProMax配備18W快速充電器，GalaxyNote10和Note10Plus標配25W充電器，三星出售超高速45W充電器。BMIC是手機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%的電池電量充滿，所需時間與第一階段相似，手機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芯片是手機快充所需大功率電池的核心器件。智能手機機身輕便性與電池續(xù)航能力成兩難選擇，快充彌補手機續(xù)航難問題，電池管理芯片發(fā)揮重要作用。手機廠商提高電池容量需要擴大體積，此舉會導致機身重量和尺寸的增加，廠商從用戶體驗和需求的視角出發(fā)，選擇逐漸縮小電池容量。為彌補續(xù)航能力弱問題，廠商需要手機支持快充，并配合相應(yīng)充電頭和充電線。多數(shù)國產(chǎn)旗艦手機快充可達40W，遠高于5-10W的普通充電器，大功率快充需匹配大功率充電頭；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)線負責充電頭與手機電池管理芯片的通訊。各大手機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-CtoLightening，據(jù)充電頭網(wǎng)，僅iPhone12機型就給市場增加了上億臺USBPD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“綠色煥新計劃”，用戶可以憑借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，取消附贈充電頭預計將成行業(yè)趨勢，并加快布局快充、無線充電產(chǎn)品，此舉有望進一步拉動手機電池管理BMS的需求。5G手機滲透率提升，耗能更高，對BMS芯片提出更高要求。隨著5G手機全面普及，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，不斷提升手機的高功耗。參考力芯微招股說明書，根據(jù)Canalys預測，2023年全球5G手機出貨量將達到7.74億部，占整個智能手機市場份額的51.4%；其中，中國作為全球5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點區(qū)域，將是全球最大的5G智能手機市場，出貨量預計占全球市場的34%。據(jù)元宇宙通信數(shù)據(jù)，一般手機5G在網(wǎng)情況下比4G在網(wǎng)的能耗高出20%-30%，5G手機相較于4G手機最大的區(qū)別在于增設(shè)了5G射頻與5G天線模塊，超高5G網(wǎng)速體驗建立在更復雜、功耗更大的天線與射頻設(shè)計基礎(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上下是當前5G手機電池容量的主流。各功能模塊對手機電池管理芯片的精度、功耗等性能提出了更高要求。手機快充需求旺盛疊加5G熱潮，手機BMS芯片未來可期。5G手機的發(fā)展?jié)B透帶動智能手機快充市場增長，據(jù)充電頭網(wǎng)統(tǒng)計，快充技術(shù)最早突破手機市場，共覆蓋七大領(lǐng)域，2020年全球智能手機快充設(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，隨著手機模塊以及功能的復雜化，單部手機的電池管理芯片數(shù)量呈現(xiàn)出增長的趨勢，高端智能手機在電量計、電池保護、充電管理等方面對電池管理芯片的需求持續(xù)上升，平均每部智能手機所需芯片數(shù)量達到4顆以上，手機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熱管理要求更高。據(jù)batteryuniversity，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期壽命是更溫和的20°C或更低溫度下運行的一半。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芯片方案通常包括1顆電池安全芯片、1顆電池計量芯片、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顆電池計量芯片、1顆充電管理芯片。筆記本電腦和平板電腦出貨量穩(wěn)定，內(nèi)臵及充電器配臵的電池管理芯片規(guī)模也預計保持平穩(wěn)態(tài)勢。筆記本和平板電腦作為消費電子設(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，2020年受疫情影響，遠程工作和學習的需求激增，全球筆記本電腦市場的規(guī)模在2020年達到新高，出貨量達2.2億臺，由于新冠肺炎疫情的不確定性持續(xù)存在，預計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，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，未來隨著智能手機功能更加強大，全面屏、折疊屏等技術(shù)使智能手機替代平板電腦的趨勢不斷上升，全球平板電腦市場規(guī)模預計還將平穩(wěn)下降，預計到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一步提升主流智能手表主要采用“藍牙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)計上與智能手機較為相似，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，智能手表作為獨立移動終端的趨勢不斷加強，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GEAKWatch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，手機廠商是當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AppleWatch4開始，可穿戴設(shè)備市場開始從運動健康功能向?qū)I(yè)的醫(yī)療領(lǐng)域轉(zhuǎn)型，蘋果AppleWatch4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：續(xù)航能力等性能提升增加BMIC芯片需求TWS耳機包含三顆電芯，電池管理芯片是其重要配臵。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，TWS耳機主要由充電盒部分與無線耳機部分組成，兩者各包含1顆充電盒電芯和2顆耳機電芯，充電盒和耳機均需要集成電池，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(與手機電池技術(shù)路徑一致，原手機電池廠商可以供應(yīng))，而耳機端由于空間小、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耳機重要配臵之一，主要負責為充電盒內(nèi)部電池充電、充電倉內(nèi)部電池升壓輸出為耳機充電，起到提升電池充電速度、精準控制電流電壓、減少對耳機電池的損害等作用。據(jù)央視財經(jīng)，目前消費者對TWS耳機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耳機的一大痛點，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)百個鋰離子電池通過串并聯(lián)的方式連接以滿足汽車電機的負載要求，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行的基礎(chǔ)，BMS系統(tǒng)發(fā)揮關(guān)鍵作用。據(jù)頭豹研究院，中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%，其中電池故障導致電動車起火居多，達33%。電池故障主要因素有外部破壞、內(nèi)部短路、溫度過高，三者進一步引發(fā)熱失控，最終導致電動車起火。BMS的SOC測算可準確計量電池電量，預防過度充放電，然而目前測算SOC需要BMS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，當前國內(nèi)技術(shù)仍無法實現(xiàn)，國產(chǎn)汽車BMS芯片研發(fā)任重道遠。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，當電池出現(xiàn)不一致時，BMS通過實時檢測每節(jié)電芯的電壓，運用均衡功能對電芯進行充放電。當出現(xiàn)極端情況，比如某串電芯容量嚴重衰減，電池存在過充電風險，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,BatteryManagementSystem)和冷卻設(shè)備等，就組成了電池包。因為電池組以串聯(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6720個鋰離子電池單元，由8個BMIC芯片實現(xiàn)監(jiān)控，每個芯片可監(jiān)控12個節(jié)點的電壓等參數(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)，總標稱儲能為100千瓦小時

（3.54Ahx4.2Vx6720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403.2V（96×4.2V），容量為248Ah

（100kWh/403.2V或3.54A×70）。目前國產(chǎn)動力電池pack成本高、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貼退坡的環(huán)境下，不利于新能源車進一步滲透；動力電池pack需要根據(jù)不同客戶不同車型進行定制化開發(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)標準化程度有待提升。中國動力電池pack具有三大驅(qū)動力，有望進一步促進BMS行業(yè)技術(shù)和規(guī)模發(fā)展。動力電池和動力電池pack相互促進，隨著中國車用動力電池需求增長，對動力電池的質(zhì)量和數(shù)量要求均有望進一步提高，最終促進動力電池pack技術(shù)進步、規(guī)模擴大；外資參與動力電池市場進一步行業(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，有望補足供需缺口。電池pack上游與下游開展合作，優(yōu)勢互補，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，有望為中國動力電池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、電機控制器、能量控制系統(tǒng)、車載顯示系統(tǒng)實時通訊。相比消費電池和儲能電池，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)，BMS的控制是基于該參數(shù)基礎(chǔ)上進行分析和控制，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，包括SOC、SOH和SOP估計，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3%左右，國內(nèi)一線BMS廠家達5%左右，國內(nèi)二線BMS廠家為5～10%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行均衡。根據(jù)不同分類標準，均衡技術(shù)可分為多種。7）診斷模塊對整個功能進行診斷，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)控復位、CAN程序刷新、故障診斷及處理、測量標定、芯片自檢等功能。9）BMS對信息進行處理和篩選，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)點進行通信。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、復雜度和故障率低，被國內(nèi)外企業(yè)廣泛運用，但主動均衡管理效率較高，均衡電流大，能量耗散少，隨著熱風險和電路復雜逐漸克服，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)進步，市場上逐漸出現(xiàn)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CMCU。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)TüVSüD認證的功能安全認證的無線BMS解決方案，實現(xiàn)電池數(shù)據(jù)和控制命令傳輸?shù)臒o線化，其SimpleLinkCC2662R-Q1無線MCU符合AEC-Q100標準，基于ArmCortex-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)。中國汽車BMS行業(yè)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，中國汽車BMS主要經(jīng)歷了技術(shù)探索期、技術(shù)驗證期、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，中國電池管理系統(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“保護型BMS”向“智能型BMS“轉(zhuǎn)變。汽車BMS設(shè)計面臨挑戰(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，并且充分保證壽命，必須引入復雜的電池監(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行精確的測量。系統(tǒng)的精度必須達到mV級，采樣必須在嚴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，適當情況下需符合ASIL-D認證要求。為保證系統(tǒng)安全有效運行，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。測量性能比較嚴苛，對每個電池單元的測量精度需要達到：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)ADIBillSchweber文章，實現(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)，從而準確地預測電池組的剩余容量（運行時間）和總預期壽命；2）提供實現(xiàn)電池