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国内厂商纷纷加码电池管理芯片 谁能率先攻克车规级BMS芯片难关?

众所周知,由于锂电池具有绿色环保、循环寿命长、能量密度高、工作电压高等优势,自从20世纪90年代初,锂电池正式切入手机、平板、 笔记本电脑等消费电子市场进行商业化应用以来,广受到市场好评,并逐渐成为消费类电子产品、电动工具类产品、智能家居类产品、智能出行类产品及新能源汽车等产品的首选电池。

为确保电池的安全稳定,电池管理芯片逐渐成为消费电子、工业控制、新能源汽车领域不可或缺的关键元器件。

值得注意的是,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(Battery Management System的英文缩写,即电池管理系统)芯片仍旧依赖进口芯片,国产芯片寥寥无几。

TI 电池管理芯片缺货严重,本土厂商百花齐放

据了解,应用在手机、平板、可穿戴设备等消费电子产品中的电池,通常为单串电池组,仅1至2颗电芯。而应用于笔记本电脑、电动工具、吸尘器、电动自行车以及智能家居等产品中的电池,通常为多串电池组,由多颗电芯串并联组成,但少于动力电池和储能电池领域。

长期以来,上述领域都是电池管理芯片的主要应用市场,但业内人士指出,进入电池管理芯片领域的技术门槛很高,由于涉及到产品安全,需要长期深耕,最初该领域是被TI、MAXIM等实力较强的大厂占据,后续凹凸科技、矽力杰、中颖电子等逐步进入该领域并占据一席之地。

值得注意的是,TI作为电池管理芯片市场的主流供应商,其产品却陷入了严重的缺货涨价状态。

据业内人士称,TI的电池管理芯片是BQ系列芯片,自2020年以来市场缺口就非常大,产品订货的交期已经到了2023年。

在此情况下,小型或中小型电池电源管理系统领域已经涌现出包括矽力杰、圣邦股份、中颖电子、力芯微、希荻微、杰华特、赛微微、华泰半导体等众多电池管理芯片厂商。

集微网从业内了解到,虽然当前整体电池管理芯片市场仍被TI、ADI(收购MAXIM)、凹凸科技等进口芯片占据优势,但国内芯片厂商逐渐在主流手机市场完成国产替代,并在TWS耳机等新兴消费电子市场上占据优势地位。

在笔记本电脑、电动自行车、电动工具、扫地机器人以及小型储能市场,国内芯片厂商也在加紧进行验证测试,正处于国产替代的成长期。

据某国内芯片厂商表示,现阶段,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,我们会针对头部客户推出其专属的定制化芯片,目前还处于产品的放量阶段,市场需求非常大。

车规级BMS芯片依赖进口,ASIL-D级认证或成拦路虎

随着新能源汽车产量的快速提升,作为新能源汽车核心部件,动力电池的需求也持续增长,并成为锂电池产业增长的主导力量。

一般来说,电动汽车的动力电池需要由几千颗电芯组成的,由于电芯的生产工艺误差、使用环境差异等问题,即使是同一批次生产的两个电芯,其性能也不能做到完全一致,而在使用过程中,不一致性会逐渐扩大,可能会出现过充、过放和局部过热等危险,严重影响到电池组的使用寿命和安全,这就需要BMS对电池进行管理。

不过,作为动力电池核心原材料之一,BMS芯片却仍需依赖进口。

宁德时代董事长曾毓群在近期调研活动上表示,宁德时代在电池生产过程中没有直接涉及美国的技术、材料或是设备,现在唯一依赖美国的就是BMS里的芯片,但这个制程不高,28nm就够了,目前国产技术已经具备。

业内人士指出,BMS芯片主要包括AFE、MCU、ADC、数字隔离器等,能提供车规级BMS芯片完整解决方案的供应商主要有ADI(AFE产品主要来自收购MAXIM、Linear的产品线)、TI、英飞凌、NXP、瑞萨(AFE产品主要来自收购Intersil的产品线)、ST和安森美等企业。

其中,BMS AFE芯片(模拟前端芯片)负责采集电池电压后通过模数转换器(ADC)转换为 数字值,并送入MCU进行计算荷电状态。

在车规级MCU方面,据集微网不完全统计,近年来,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、Chipways、芯海科技、云途半导体、芯旺微电子等国内厂商均有芯片产品已经陆续通过车规级AEC-Q100认证。

而在BMS AFE 芯片方面,该芯片技术难度最高、附加价值也最高,国内涉及该产品的厂商较少。从公开资料来看,比亚迪半导体曾推出过一款满足AEC-Q100标准的车规级AFE芯片;Chipways的车规级BMS AFE(满足ASIL-C等级)芯片也已经成功量产。

此外,矽力杰已经有BMS AFE芯片产品,但主要应用于工业领域,芯海科技、赛微微、华泰半导体也曾表示将研发多节BMS芯片。

值得注意的是,BMS作为新能源汽车核心控制系统之一,需要支撑汽车行业最为严苛的功能安全场景。“当前汽车OEM厂商已经提出BMS的功能安全需要达到ASIL-D级,这导致BMS芯片需要设计冗余功能,以保证失效模式的覆盖率,进一步加大芯片的设计难度。”

业内人士指出,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,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,ISO 26262汽车安全完整性等级ASIL-D级认证,或将成为制约国产芯片厂商发力BMS芯片的拦路虎。

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