电池管理芯片的市场竞争格局及产业机会
电池管理芯片的市场竞争格局及产业机会
电池管理芯片是指能够对电池进行实时监控，防止其出现过充、过放、过压、过流、过温的状况出现，以达到保证电池系统的平稳运行并延长电池使用寿命的目的。
BMS市场规模高达65亿美元，分布式架构BMS成为未来发展趋势
技术构成方面，BMS主要涉及BMS核心芯片技术、BMS系统架构设计、嵌入式硬件开发和测试、 嵌入式软件开发和测试、软硬件集成测试、功能安全技术等。
从硬件来看，BMS硬件为BMIC，主要包含AFE、MCU、ADC、数字隔离器等芯片。其中，AFE模拟前端芯片用来采集电芯电压和温度等信息，同时还要支持电池的均衡功能，通常来说该芯片会集成被动均衡功能；BMS中的MCU芯片起到处理BMS AFE芯片采集的信息并计算荷电状态(SOC)的作用；而数字隔离器主要用在高低压之间的数字通信，以实现高低压模块间的电气隔离功能。
电池管理芯片主要品类
资料来源：网络
从拓扑架构上看，BMS根据不同项目需求可分为集中式、分布式和半集中式三类。
其中，集中式BMS能将所有电芯统一用一个BMS硬件采集，具有成本低、结构紧凑、可靠性高的优点，一般常见于容量低、总压低、电池系统体积小的小电池包场景中；分布式BMS采用一主多从结构，电压、温度采集及均衡等功能由从控完成，一个从控管理若干电池，主控与从控总线通信采用BMU(电池管理控制器)+多个CSC(单体管理单元)的结构，能够将电池模组的功能独立分离；而半集中BMS则采用BMU+少量大CSC方式，属于集中式和分布式的组合运用，用于模组排布奇特的电池包上。
资料来源：华经产业研究院
近年来，随着动力电池系统不断向高容量、高总压、大体积的方面发展，分布式架构的BMS已经被越来越多的应用在大电池包等较为复杂的场景中，成为BMS未来发展的趋势。而菊花链连接的分布式BMS系统,在成本上有较高的优势，未来会有越来越广泛的应用。
市场规模方面，受益于近年来储能、新能源汽车等行业的高速发展，带动了 BMS市场规模快速增长。
据前瞻产业研究院的数据，2021年全球BMS市场规模预计为65.12亿美元，至2026年预计可达131亿美元，CAGR为15%。我国BMS 2021年市场需求规模为100亿元，未来随着电动汽车市场规模扩大和电池效率要求提高，BMS市场规模有望实现稳定增长。
资料来源：前瞻产业研究院
BMS呈现三分天下格局，主要厂商相关业务呈高速发展态势
目前，BMS 市场主要有整车厂商、电池厂商、第三方厂商三类企业参与。三者各有优劣和侧重，都希望抓住“双碳”背景下，能源转型带来的巨大的发展机会。
具体来看，以比亚迪、特斯拉、吉利、北汽、小鹏为代表的整车厂商由于综合实力较强，通过向上游吸收人才、收购和战略合作等方式将包括 BMS 在内的动力电池系统业务进行整合。整合以后，通过自主研发，将核心技术运用到自己产品中，以提高车辆动力电池的安全性能。
资料来源：芯八哥整理
以宁德时代、欣旺达、德赛电池、中航锂电、国轩高科代表的电池厂商，通常主营业务覆盖电芯、BMS和PACK 等多个环节。这些企业技术实力较强，并且拥有多年积累的核心电池数据，能够将BMS运用到电芯包，并且整体销售给下游终端客户。
此外，以德州仪器、亚德诺、英飞凌、恩智浦、瑞萨电子、意法半导体、科列技术、超思维、协能科技、华泰半导体、矽力杰、圣邦股份、杰华特、赛微微、中颖电子等为代表的第三方厂商拥有非常专业的研发团队，技术实力强，并且拥有快速的产品迭代能力，主要通过向下游电池厂商及终端厂商出售BMS 产品、方案和服务盈利，但与终端客户关系相对不稳定。
竞争格局方面，根据NE时代统计数据，2022年弗迪电池（比亚迪子公司）、宁德时代、特斯拉、华霆动力、力高技术分别以1,611,724 、659,503 、441,651 、392,025 、358,588套的装机量位于行业前五，市占率合计为66.20%。
资料来源:NE时代
资料来源：NE时代
值得一提的是，在诸多厂家的BMS中，特斯拉的 BMS 系统是复杂度和技术难度最高的之一，这主要是由于特斯拉独特的大量小圆柱电池成组设计造成的。
在 model S 时代，特斯拉全车使用了7104节电池，每 74 节电池并联检测一次电压，每 444 节电池设置 2 个温度探测点，整个电池组共有 16*6=96 个电压采样点，以及 32 个温度采样点。可以看到众多的采样数据为电池管理增加了难度，最终依靠高性能的BMS将这些数据设置合理的控制策略。
特斯拉Model-S使用的BMS
资料来源:特斯拉
高复杂度的电池组也让特斯拉在 BMS 领域积累了相当强的实力。与之相对，其他厂商的 BMS 复杂度就远不如特斯拉高，例如大众MEB平台的首款电动车 ID.3 采用最多 12 个电池组模块，其电池管理算法相对会比较简单。
消费领域BMS已经实现国产替代，工业、新能源车未来空间广阔
在新能源时代，基本上所有使用锂电池的终端，都需要安装BMS进行电池保护，已渐成刚需。
从下游应用来看，BMS下游应用主要包括消费电子、工业及新能源车等领域。其中，在新能源车动力电池应用占比达54%，消费电子电池占比22%，工业及其他电池占比24%。从国内BMS发展情况来看，目前在消费电子和工业控制领域，市场上已经涌现出非常多的国产品牌电池管理芯片，但在应用于新能源汽车的动力电池领域，BMS芯片仍旧依赖进口芯片，国产芯片寥寥无几。
资料来源：安信证券，芯八哥整理
（一）消费电子市场
在消费电子市场，手机、PC、PAD、手表、耳机等产品以低串数（1-4串）的产品为主，BMS在其中发挥计量、安全、充电管理等功能，硬件产品形态以SoC居多。
由于技术难度相对较低，国内在最近几年在消费电子BMS领域涌现出了一大批玩家，逐渐在主流手机市场完成了国产替代，并在TWS耳机等新兴消费电子市场上占据优势地位。不过，仍需指出的是，国内厂商虽然发展很快，但现阶段技术水平与TI、ADI等国际大厂仍存在一定的差距。
以TI为例，2022年TI面向平板电脑、笔记本电脑等应用领域推出了BMS新品BQ294534。这是一款用于两到三节串联电池二级保护的电池管理芯片，过电压保护精度±10mV，低功耗1μA。现在中颖电子、赛微微电、稳先微等国产厂商，它们的电池保护芯片在保护精度上一般做到的是±20mV的水平，TI推出的这款电池保护芯片BQ294534具有更高的保护精度，竞争优势更强。
（二）工业市场
在工业控制市场，电池管理芯片的终端应用主要包括电动工具、无人机、工业机器人、储能等。工业领域产品具备电池串数多、工作电压高、电流强等特点，因而对电源和电池管理芯片技术要求较高，国际主要玩家为TI、罗姆，国内玩家以芯唐、中颖电子等为主。
从硬件产品形态来看，电动工具BMS主要以AFE+MCU+主动均衡+隔离/通信/保护芯片等组合形式为主，而储能领域BMS则以AFE+保护芯片方案为主。
以电动工具为例，近年来采用锂电池供电的无线电动工具因轻便、操作舒适、易于携带等优势受到广大欢迎，光2021年我国的电动工具销量为2.2亿台，市场空间巨大。在这一块市场，除了中颖电子、芯海科技等上市企业有所布局外，近年来也涌现除了华泰半导体、禹创半导体等众多新兴玩家。
（三）新能源车市场
在新能源车市场，电池本身在成本和性能上已成为整车厂致胜的关键点，而电池的续航里程、快充、成本等均与BMS的优化息息相关。
两轮车市场方面，主要以6-16串的产品为主，技术难度相对较高，BMS所需芯片种类安全为必须，但大多不需计量。
以华泰半导体为例，公司此前针对两轮车市场的应用推出了HTL6310/6314—内置均衡的8~14节锂电池保护芯片。该系列芯片具有高精度的电压检测和电流检测电路，能够实现过压(OV)保护、欠压(UV)保护、放电过流(DOC)保护、短路(SC)保护，充电过流(COC)保护、高温(OT)保护和低温(UT)保护等功能，且集成了均衡驱动电路，可实现内部小电流均衡，也可外部扩展实现大电流均衡。
电动两轮车
资料来源：华泰半导体
比两轮车BMS研发难度更高的是新能源汽车BMS系统。
据了解，车规级BMS系统的核心芯片主要包括车规级BMS AFE、MCU、数字隔离通讯接口芯片等。因为涉及到车辆动力系统，车规级BMS AFE芯片产品仅验证周期就将达到1.5至2年，从产品定义到成型至少需要4年。此外，针对苛刻的汽车应用环境，除了可靠性需要满足 AEC Q100 Grade1 品质标准外，还需要满足ISO 26262汽车安全完整性等级ASIL-D级认证，可见车规AFE芯片的综合门槛非常之高。因此，截至目前新能源汽车BMS市场仍被ADI、TI、ST、英飞凌、NXP、瑞萨、松下等等模拟龙头企业垄断。
TI车规电池管理芯片新品BQ79652-Q1
资料来源：TI
在这一轮缺芯的背景下，恰逢新能源车销量爆发，国内终端厂商、锂电厂商都对芯片的国产替代有着强烈需求，正从不同角度切入动力BMS，并且部分厂商的产品及技术已经得到了一定的突破。
比如在车规级MCU方面，包括杰发科技、全志科技、兆易创新、芯旺微、赛腾微、小华半导体、芯海科技、云途半导体、芯旺微电子等国内厂商已有产品陆续通过车规级AEC-Q100认证；而在BMS AFE 芯片方面，亚迪半导体、Chipways等厂商也已经在该领域推出了能够满足AEC-Q100标准的车规级AFE芯片。
未来，随着国家“碳中和”战略的持续推进，中国新能源汽车产业将迎来黄金5年，有望为BMS芯片的应用提供广阔的市场蓝海空间。
BMS芯片市场长期被TI、ADI、NXP等欧美企业垄断。不管是消费级、工业级还是车规级，90%多为进口，国产化率不高，国产化突破非常重要。
受益于终端整机及电池产业链优势，中国在发展自主品牌BMS方面具有较强话语权，且国内新能源汽车产业的强劲需求将成为BMS产业发展的重要动力。可以期待的是，在国内半导体蓬勃发展的背景下，电池管理芯片有望在未来3-5年进一步突破，以实现新能源汽车等高端BMS等关键领域的国产替代。
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