意法半导体预测，由传统燃油车转向电动汽车的过程中，作为新增的半导体需求，AFE/BMS芯片单车用量达到12颗，到2025年，其市场规模将达3亿美元。
BMS（Battery management system）运用领域广阔，消费类下贱市场是其最紧张的运用，如手机、平板、条记本等。但近几年，电动汽车起势迅猛，高压、高容量密度、快充等特性对BMS提出了更高的哀求，也带动单车BMIC（电池管理芯片）需求翻倍增长。
根据财通证券测算，2021年，环球新能源汽车领域BMIC市场规模约2.81亿美元，估量2026年将达到15.13亿美元，CAGR为40.07%，较手机BMIC市场规模的CAGR（1.92%），翻了20倍。
阅读本文，你将理解以下内容：
1. BMS的上车史
2. BMS的芯片身分
3. BMS芯片的玩家们
01
BMS观点与来历
BMS即电池管理系统（Battery management system）。顾名思义是管理电动汽车动力电池的一套系统。BMS扮演着整车电池系统的管家角色，紧张功能是采样丈量和评估管理，这两大功能由电池掌握器单元（BatteryControl Unit，BCU）和电池管理单元（BatteryManagementUnit，BMU）构成。
作为汽车三电系统之一，电池占整车本钱的30%-40%旁边，因此BMS对整车也是极其主要的一部分。但BMS也并不是电动汽车时期下的产物，它也跟随着电池技能的发展以及运用处景的繁芜度不同而变革着。
从铜锌电池到铅酸电池，再到现在的锂电池或钠离子电池，电池技能在近几十年取得了长足的进步。早期的电池如镍镉电池，每每以单体电池的形式涌现，以是对电池的状态不须要严加扼守。
但到后面，电池以多节串联的形式涌现后，问题就来了：每节电池的特性存在差异，电池之间的电量均衡也存在差异。
“两人三足”大家都玩过吧，很磨练团队合营能力，总有猪队友步子迈大了，三天两头鼻青脸肿，韶光久了，身子垮了，民气散了，还能跑得动吗？
换作电池也是一样，终极结果会导致某节电池常常处于过充或过放的状态，整体电池组的寿命大打折扣，因此人们便手动定期进行检讨电池的同等性。
传统意义上的手工活耗时费力并且无法做到实时监控，以是当代意义上的BMS由此出身。当代BMS功能也是由俭入奢，从早期大略的电压、温度、电流等基本参数监控外，逐步发展至多个功能如实时监控、电池均衡管理、防过充及过放等。
BMS系统可以划分为硬件、底层软件和运用层软件三大部分，硬件部分包含BMIC、传感器等；底层软件基于汽车开放系统构造（AUTOSAR）将BMS划分为多个区块，实现对不同硬件进行配置；运用层软件紧张功能包括充电管理、电池状态估算、均衡掌握、故障管理等。
虽然IC占整体动力电池本钱的5%旁边，但现在电动汽车动力电池讲究高能量密度与高可靠性，如特斯拉采取的18650电池，由7000多节电芯以串联+并联办法构成，如此多数量的电芯之间参数也不尽相同，对BMS更是提出了困难的哀求。
特斯拉Model S依赖一颗TI的电池监控和保护芯片BQ76PL536实现了18650电池的管理，但BMIC可不止这些。
02
BMS里藏着哪些芯片？
在理解BMS芯片之前，我们先来理解下BMS的架构。
BMS拓扑架构分为集中式与分布式。大家一看到集中式是不因此为这是主流？那就错了。
集中式BMS构造紧凑，本钱低，但线束多，通道数量有限，一样平常用于容量低、系统体积小且低压的场景中，比如电动两轮车、机器人、智能家居等。
集中式构造示意图
分布式BMS构造可以理解为主+从的关系，从控单元卖力采集电池数据，均衡功能等，主控单元处理数据，判断电池运行情形，进行充电管理、热管理、故障管理等，并且与外部车载掌握器等进行实时通信。
分布式构造示意图
电动汽车动力电池向高能量密度、高压及大体积方向发展，在混动和纯电动汽车上紧张采取的是分布式BMS架构，如BMW i3/i8/X1、特斯拉Model S/X、比亚迪秦等。虽然掌握繁芜、本钱较高，但胜在灵巧性强、线束少。
基于分布式BMS构造，我们将芯片进行分类：
数据采集部分
AFE（仿照前端）：AFE泛指电池监测芯片，紧张合营各种传感器采集电芯电压、温度等信息，仅具有参数监测功能。此外，AFE一样平常集成被动均衡技能。这里提一下什么是电池均衡，如前文所述，一样平常高串数电池组中，每个电池的电压、电量会有所不同，为了保障之间的电量均衡，以是采纳主动均衡或被动均衡。
被动均衡通过无源器件将电量多的电芯通过电阻发热花费掉多余电量，而主动均衡是将多余电量进行转移，实现电芯间的能量流动。被动均衡本钱低，可靠性高但增加系统损耗。主动均衡所需元器件较多，本钱高，但利于降落系统损耗。
电量计量芯片：采集电池信息，并采取特定算法对电池的SOC（荷电状态，即剩余电量）和SOH（电池康健状态，即老化程度）等参数进行估算，并将结果传送给掌握芯片。
掌握部分
电池保护芯片：监测电池充放电情形，包括过压、过流、过热等，一旦创造非常情形可以及时割断电路，保护电池系统的安全。目前，部分计量和充电芯片汇合成电池保护功能。
充电管理芯片：紧张卖力充放电管理。根据锂电特性自动进行预充、恒流充电、恒压充电。充电管理芯片使电压、电流达到可控状态，可以有效的掌握充电的各个阶段的充电状态，保护电池 过放电、过压、过充、过温，终极有利于电池的寿命延续。
充电管理芯片根据事情模式不同可以分为开关、线性、开关电容。开关型适用于大电流运用，且具灵巧性，常用的快充方案都是采取开关型；线性一样平常运用于小功率充电场景，如便携电子设备；开关电容型充电效率高，但架构受限，一样平常与开关型搭配利用。
MCU：卖力继电器掌握、SOC/SOH估算、电池数据网络、存储等。须要知足AEC-Q100、ISO26262等认证。相较于消费级及工规MCU，车规级MCU壁垒更高，对可靠性、同等性、安全性、稳定性有着硬性哀求。
通信部分
数字隔离器件：在BMS系统中，SOX（包含SOC、SOH等）算法一样平常在MCU中实行，因此在AFE与MCU间常日采取数字隔离器件来进行通信。
图为菊花链构造，来源：ADI
目前主流利讯架构为菊花链架构，每个AFE之间相互连接，然后通过一颗隔离通讯芯片连接到MCU，减少了通讯芯片的数量。相对付CAN总线，菊花链架构的优点在于一旦中间断开，后面的AFE芯片仍可以连续通讯。
以下是小鹏BMS采样板、特斯拉Model S采样板和通用Ultium无线BMS中所用到的一些详细芯片信息：
小鹏G3 BMS采样板如下图：
采取AFE+隔离+单片机+CAN的构造，电芯采样部分采取的AFE芯片是ADI LTC6811-1，隔离通讯器件采取的是ADI LTC6820。单片机采取的是NXP S9S12G128F0MLF，SBC芯片采取的是NXP UJA1167，内部集成高速CAN和LDO。
特斯拉Model S采样板如下图：
AFE芯片采取的是TI BQ75PL536A，数字隔离器件采取的是Silicon Labs（芯科科技）SI8642ED，MCU采取的是Silicon Labs C8051F543。
通用无线BMS系统电路板如下图：
目前供应无线BMS办理方案的紧张有德州仪器和ADI两家，上图利用的是ADI的方案，由伟世通供应设计和制造。无线BMS系统中，感知单元获取电池基本信息，通过2.4GHz通信传送至掌握模块中。
该系统中的核心芯片是ADI ADRF8850和TI TPS3850。ADRF8850是低功耗集成片上系统（SoC）个中包括一个2.4 GHz的ISM频段无线电和一个嵌入衰落掌握器单元（MCU）子系统。ADRF8850在电池单元监测芯片和电池管理系统（BMS）掌握器之间供应无线通信。TPS3850是TI的电源和看门狗芯片。
TI在无线BMS系统中供应的芯片是SimpleLink™ CC2662R-Q1和BQ79616-Q1，前者是无线MCU，后者是电池监控器和均衡器，两者均知足ASIL-D等级。
03
BMS芯片的玩家们
BMIC的研发横跨电、热、化学等多学科，被业内冠以“仿照芯片的皇冠”的称号。
个中AFE的紧张供应商有ADI、TI、ST、NXP、瑞萨等，ADI的产品紧张来自收购的Linear Technology和美信，瑞萨的产品紧张来自收购的Intersil。MCU的紧张供应商有NXP、ST、TI、英飞凌等，目前海内也有不少MCU厂商都在积极布局车规级产品，比如兆易创新、芯旺微等。数字隔离器件的紧张供应商有TI、ADI、Silicon Labs等。
部分AFE芯片信息 来源：安信证券（截至2022年4月）
海内BMS干系芯片企业如下：
来源：安信证券
整体来看，国产芯片在汽车动力电池领域仍在初步布局阶段，BMIC长期被 TI、ADI等欧美企业垄断。
这个中紧张缘故原由在于车规级芯片认证哀求严苛，技能门槛高。车规级认证规范包括AEC-Q100、ISO 26262和IATF 16949等。个中，ISO26262是汽车芯片功能安全认证。汽车功能安全从ASIL-A到ASIL-D分为四个等级，A最低，紧张用在车身掌握等与行驶安全关联度较低的系统中；D最高，紧张用发动机等与行驶安全息息相关的系统中。功能安全哀求较高，电路和系统设计难度较大，是目前车规芯片验证耗时最长的环节之一。另一方面，仿照器件利润较低，企业投产布局多持谨慎态度。
04
结 语
BMS的下贱运用领域紧张包括消费电子、汽车动力电池、储能。个中，动力电池是BMS最大的运用领域，2020年份额达到54%。但是汽车动力电池相较于其他运用领域，哀求绝对的高可靠性、安全性，因此BMS在汽车领域虽然有更为广阔的市场空间，但也更具有寻衅性。
芯片技能是BMS家当链的核心，据财通证券测算，2021年环球新能源车领域 BMIC市场规模约2.81亿美元，估量2026年将达到15.13亿美元，2021-2026年CAGR=40.07%。伴随着新能源汽车的发展，以及车用芯片的持续紧缺，我国BMS芯片需求持续增长，国产替代正当时。
参考资料：
新能源汽车BMS紧张芯片及供应商剖析，电子发热友
市场空间广阔，电池管理（BMS、BMIC）芯片国产替代进程加速，安信证券
海内新能源汽车电池管理系统（BMS）的行业情形如何？知乎
浅谈新能源汽车的BMS开拓，威马汽车
通用Ultium无线电池管理系统BMS拆解，佐思产研
关于电池总体设计方案的磋商 三部曲 之三 电池管理系统（BMS）技能篇，汽车电子设计
聊聊电池管理系统的架构和通信，汽车电子设计
BMIC：仿照芯片皇冠，国产替代空间广阔，财通证券
浅析特斯拉Model S的采样板，新能源BMS
带你学习理解小鹏G3的BMS采样板，新能源BMS
