讲演出品/作者：财通证券、张益敏

以下为讲演原文节选

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1. BMS ：电池系统的大脑、管家、保镖

电池技术在 200 余年的时间里不时演进，并在近 30 年的时间里取得了飞速展开，从最早期的铜-锌电池、铅酸电池，到目前的锂电池、钠电池，电池能量密度从早期的~10Wh/kg 飞速攀升至 200Wh/kg。回想历史上来看，电池管理系统的技术，也是随同着电池技术的升级，在工程理论中不时得到提升的。

1.1. 无管理时期：自己入手，温饱交迫

早期的电池如镍镉电池等，以单体电池的形态呈现，常常不需求电池间均衡，运用者普通经过丈量电池端点电压完成 SOC 估量。后续随着电压和功率需求的增加，电池串联运用的呈现（如 12V 铅蓄电池由 6 个单格铅蓄电池组成），人们发现传统的电池运用措施存在以下两个问题：1）传统 SOC 算法估量的精确度大大降低：由于各个单节电池特性存在差别，单一的拟合公式无法完成电量的精确估量；2）由于 SOC 估量误差，各个电池单节之间的电量均衡较差，单体电池经常处于过充/过放状态，招致电池组的运用寿命也大大降低。

为理处置以上两个问题，人们开端定期检查电池分歧性，对电量比平均值多（少）的电芯及时地中止放电（充电）。同时，定期对一切电芯中止完整充放电测试以肯定整体电池组的电池容量和运用状态，避免电池组在错误状态下长时间工作。这便是最早的 BMS ，依托人的手动定期操作，完成电池错误检测、SOC 和电池容量估量、保障充放电分歧性。

1.2. 简单管理：小米加步枪，自动化水平提升

无管理/手动管理的缺陷显而易见：无法完成实时检测、维护繁琐且需求耗费电池寿命。也正因而，从原始的手动电池管理，衍生出了现代 BMS 的雏形，经过搭建电路，对每个单体电芯的电压、电流、SOC 状态中止实时在线监测，完成了传统意义上需求经过人工手动完成的功用。这一类型的 BMS 产品最早呈现时间已不可考，我们搜集到最早的资料是德国 Mentzer 公司于 1991 年设计的 Badicheq4000 型系统，对每个单体电芯，Badicheq4000 系统都运用一个采样模块中止监控，并且经过现场总线将相关参数回传给主 MCU。

1.3. 全面管理：SOC 估量精度提升，功用集成度提升

简单的电池管理系统由分立的多个子模块组成，固然自动化水平大幅提升，但分立计划需求复杂的线路布置，占空中积大；同时模块数的增加也降低了系统整体的牢靠性。进入 21 世纪，随同着手机、笔记本、平板电脑需求的快速增长，锂电池得到了普遍应用。锂是一种化学性质极为生动的金属，锂电池过充、过放都将招致严重的结果。早期的 BMS 沿用了监测电池两端电压中止 SOC 估量的计划，精度有限，关于锂电池场景不再适用，也正是在这一时期，各类 SOC 估量算法开端呈现，并一度成为学术界热点。

在这一时期，工业界也逐步构成了对 BMS 系统功用请求的共识，细致包含以下 5个方面：

经过监测外部参数如电压、电流、温度等，实时检测电池状态。并经过恰当的算法对电池的 DC 电阻、最大容量、SOC 等中止估量。

提升电池的能量应用率，为电池的运用和维护提供数据支持。

避免单节电芯的过充、过放。

确保用户保险。

延长电池寿命。

将以上功用集成进一颗或几颗芯片中，便构成了电池管理芯片（BMIC）。为了完成以上功用，BMIC 的研发需求横跨电、热、化学等多个学科，在算法设计、模仿采样电路设计、高压 BCD 工艺、复杂数字电路设计、电路牢靠性等方面具备深沉技术积聚，因而 BMIC 也被业内人士称为“模仿芯片的皇冠”。

2. BMIC ：种类及功用

我们把 BMS 中的芯片分为通用和专用两种类型。通用芯片包含 MCU、电源管理芯片、通讯接口等芯片，此类芯片能够采用与非电池应用相同或相近的型号，无需针对 BMS 中止单独开发；专用芯片针对 BMS 应用特地开发，满足特定应用范畴中 的 BMS 功用 需求。更进 一步， BMS 专用芯片 又能够 分为 维护芯片（Protector）、充电芯片（Charger）、电量计芯片（Gauge）、监测芯片（Monitor/AFE）、均衡芯片（Balancer）、认证芯片（Authentication）等类型，充电芯片还能够分为开关、线性和电荷泵等类型，均衡芯片能够分为主动均衡和被动均衡两种类型。下面分品类细致引见每一种芯片的作用。

2.1. 电池维护芯片（ Protector ）

电池维护芯片担任监测电芯的充放电状况，保障不会由于外部的滥用或者毛病而对电池产生损伤。通常来说，电池维护芯片需求监测的异常状况包含过压（ OV ）、过流（ OV ）、放电过流（ OCD ）、充电过流（ OCC ）、过热（ OT ）等。当检测到呈现异常状况时，电池保险芯片能够及时切断电路，保障电池系统的保险。目前部分 BMIC 芯片（充电芯片、电量计等）会集成维护功用，但为了完成愈加全面的维护，专用电池维护芯片依旧是部分应用中不可短少的组件。

从结构上来看，电池维护芯片主要由采样电路、放大电路、逻辑电路组成 。相比监测、电量计等芯片，由于电池维护芯片的丈量参数仅用于与阈值中止比较，采样精度请求相对较低，逻辑电路部分也以比较器为主，结构相对简单。

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2.2. 充电芯片（Charger ）

充电芯片需求完成的功用有：

1）电源途径管理（PPM）：对电源途径中止控制，使得外部电源的开断不影响系统正常工作；

2）充放电控制：对电池的充放电中止恰当的控制和管理，典型的电池充电过程通常分为涓流阶段、恒流阶段和恒压阶段，各个阶段间的切换控制需求由充电管理芯片完成。

受限于芯片的成本、体积和散热请求，充电芯片普通仅用于小功率用电器的充电，关于大功率应用场景（如电动汽车），普通采用由分立器件搭建的专用大功率充电电路。依据电路拓扑的不同，电池充电芯片又能够分为线性、开关和电荷泵等类型。

其中线性电池充电芯片通常应用于小功率充电场所，开关充电芯片应用最为普遍，可支持数十至上百 W 的充电应用；而电荷泵充电芯片主要用于快充场所，在恒流充电阶段能够有效提升充电效率。

2.3. 电量计量芯片（ Gauge ）

电量计量芯片的作用是经过对电池外部特性（如电压、电流、温度等）的丈量，采用特定算法对电池的 SOC /SOH 等参数中止估量，并将结果反响给控制器芯片。

电池电量计量芯片的中心才干在于高精度采样电路的设计和 SOX 算法 。要完成高精度的 SOX 估量，高精度的电压电流采样必不可少。SOX 算法种类多样，海外龙头大多有自己共同的、遭到专利维护的算法。例如 TI 的阻抗追踪法能够记住电池特性随时间的变更状况，分离电池组细致的化学属性能够精确地知道电池的充电状态，从而延长电池组运用寿命。除此之外，常用的 SOC 估量算法还有修正放电终止电压法、动态电压修正法等。

2.4. 电池监测与均衡器（ Monitor /AFE 和 和 Balancer ）

电池监测器的主要功用是对电池参数中止高精度监测，并经过通讯接口将相关数据发送给主控制器。与电量监测芯片不同的是，电池监测芯片仅具有参数监测功用，普通用在高串数串联的场所（~10 串到上百串）。通常，需求由多个监测芯片级联以构成完好的监测系统。

在高串数系统中，为了保障电芯电压、电量的均衡，需求采取电量均衡措施。

目前电量 均衡有两种常见的计划：主动均衡和被动均衡。主动均衡计划运用开关管和隔离变压器等器件在电芯之间构建能质变换电路，从而完成能量在电芯之间的活动；被动均衡计划则采用无源元件，将电量较多的电芯上多余的能量经过电阻耗散成为热能。被动均衡计划所需外部元器件较少，在成本和牢靠性方面具有优势，但会增加系统损耗；主动均衡计划所需外部元器件较多，成本较高，但有助于降低损耗、提升系统可用容量。 无源均衡计划普通集成在电池监测芯片中。

2.5. 电池认证芯片（ Authen tication ）

电池认证芯片 早期 主要用在可拆卸电池设备中。为了避免不匹配的电池对设备或用户构成伤害，普通选择在电池 Pack 中集成一颗电池认证 IC，并在电池衔接至系统时中止认证，只需考证经过的电池才干为系统供电。此外，固然目前手机电池大多不可拆卸，为了避免用户自行交流电池带来的潜在风险，厂商普通也会选择在设备内置电池中配置一颗认证芯片。

将以上维护、充电、电量计、监测、均衡、认证六类芯片（全部或部分）及其外围电路集成在一块或几块 PCB 上，并相互衔接构成完好的信号通路，即构成了电池管理系统。 依据欣旺达招股书数据，电池模组成本中 IC 占比约为 5 .38%。

3. 需求端：B MIC 需求快速增长

3.1. 消费 ：未来 3-5 年的最大下游范畴

消费市场下游主要应用包含手机、笔记本、平板电脑、TWS 耳机、智能手表等。其中手机/平板电脑/TWS 耳机/智能手表普通采用 3.7V 锂离子电池，笔记本电脑普通采用 3 串 12.6V 锂离子电池。

目前 消费电子产品中的 所触及的 BC MIC 普通包含 充电芯片（ Charger）、 电量 计（ Gauge ）、 电池维护（ Protector ） 三 种类型。此外，早期手机采用可拆卸电池，因而除了充电芯片、维护芯片、电量计以外，还需求一颗额外的认证芯片。

而近年来，随着智能手机电池向不可拆卸的技术计划演化，仅在部分高端智能手机上才干发现认证芯片的身影。

测算假定：

在手机、 笔记本电脑、 TWS 、 平板电脑、智能 手表 应用中 ，单台设备平均需求 1 颗充电芯片、1 颗电量计芯片、1 颗电池维护芯片。

关于中高端手机，平均额外需求 1 颗电荷泵芯片、1 颗电池认证芯片。

-----------讲演摘录终了 更多内容请阅读讲演原文-----------

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（特别阐明：本文来源于公开资料，摘录内容仅供参考，不构成任何投资倡议，如需运用请参阅讲演原文。）

精选讲演来源：虎鲸讲演