意法半导体预测：电动汽车发展带动 BMS 芯片需求翻倍增长

意法半导体预测：电动汽车发展带动 BMS 芯片需求翻倍增长

意法半导体预计，在传统燃油汽车向电动汽车转换过程中，作为半导体的额外需求，每辆车的AFE/BMS芯片用量将达到12颗，到2025年其市场规模将达到3亿美元。

BMS（电池管理芯片）应用范围广泛，下游消费市场是其主要应用领域，如手机、平板电脑、笔记本等。但近年来电动汽车发展势头强劲，其高电压、高容量密度、快速充电等特性对BMS提出了更高的要求，也导致单车BMIC（电池管理芯片）需求量成倍增长。

据财通证券估计，2021年全球新能源汽车领域BMIC市场规模约2.81亿美元，预计2026年将达到15.13亿美元，CAGR为40.07%，是手机BMIC市场规模CAGR（1.92%）的20倍。

阅读本文后，您将了解以下内容：

1. BMS在汽车领域的历史

2.BMS芯片组件

3. BMS芯片厂商

01

BMS概念及起源

BMS即电池管理系统（ ，简称BMS），顾名思义就是对电动汽车动力电池进行管理的系统。BMS扮演着整个车辆电池系统管家的角色，其主要功能是采样测量和评估管理，这两项功能由电池控制器单元（ Unit，BCU）和电池管理单元（ Unit，BMU）组成。

电池作为汽车三电系统之一，约占整车成本的30%-40%，因此BMS也是整车极其重要的一部分。不过BMS并不是电动汽车时代的产物，它也随着电池技术的发展和应用场景的复杂而发生变化。

从铜锌电池到铅酸电池，再到现在的锂电池或钠离子电池，电池技术在近几十年取得了长足的进步。早期的电池，如镍镉电池，往往以单体电池的形式出现，因此电池状态不需要严格监控。

但后来，当电池以多个电池串联的形式出现时，问题就出现了：每个电池的特性都不同，并且电池之间的功率平衡也不同。

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电池也是如此。最终的结果是电池经常处于过充或过放电的状态，大大降低了整个电池组的寿命。因此，人们会定期手动检查电池的一致性。

传统的人工操作费时费力且无法实现实时监控，因此现代BMS应运而生。现代BMS的功能也是由简至繁，从早期简单的电压、温度、电流等基本参数监控，逐渐发展到实时监控、电池均衡管理、防过充过放等多种功能。

BMS系统可分为硬件、底层软件和应用层软件三大部分。硬件部分包括BMIC、传感器等；底层软件基于汽车开放系统架构（）将BMS划分为多个区块，实现不同硬件的配置；应用层软件主要功能包括充电管理、电池状态估算、均衡控制、故障管理等。

虽然IC占整体动力电池成本的5%左右，但现在电动汽车动力电池都强调高能量密度、高可靠性，例如特斯拉使用的18650电池，由7000多个电芯串联+并联组成，如此大量的电芯参数也各有不同，对BMS提出了高难度的要求。

特斯拉 Model S 依靠 TI 电池监控和保护芯片来管理 18650 电池，但 BMIC 的功能不止于此。

02

BMS里面隐藏着什么芯片？

在了解BMS芯片之前，我们先来了解一下BMS的架构。

BMS拓扑架构分为集中式和分布式，当你看到集中式架构，你以为它是主流吗？你错了。

集中式BMS结构紧凑，成本较低，但线束多，通道数有限，一般应用于容量较低、系统体积较小、电压较低的场景，如电动两轮车、机器人、智能家居等。

集中式结构图

分布式BMS结构可以理解为主+从的关系，从控制单元负责采集电池数据、均衡功能等，主控制单元则处理数据、判断电池运行状态、进行充电管理、热管理、故障管理等，并与外部车辆控制器实时通信。

分布式结构图

电动汽车动力电池朝着高能量密度、高电压、大体积的方向发展，分布式BMS架构主要应用于混动、纯电动汽车，如宝马i3/i8/X1、特斯拉Model S/X、比亚迪秦等，虽然控制复杂，成本较高，但具有灵活性强，线束少等优势。

根据分布式BMS结构，我们将芯片分为：

数据采集​​部分

AFE（ Front End）：AFE是指电池监控芯片，主要配合各类传感器采集电芯电压、温度等信息，仅具备参数监控功能。另外AFE一般会集成被动均衡技术。这里要提一下什么是电池均衡。如上文所说，一般的高串电池组中，每节电池的电压、功率都会有所不同，为了保证它们之间的功率平衡，会采用主动均衡或者被动均衡。

被动平衡是利用无源器件通过电阻加热的方式，将大功率电池的多余功率耗散掉，而主动平衡则是将多余功率转移，实现电池间的能量流动。被动平衡成本低，可靠性高，但会增加系统损耗。主动平衡需要的元件较多，成本较高，但有助于降低系统损耗。

电量计量芯片：收集电池信息并采用特定算法预估SOC(荷电状态，即剩余电量)和SOH(电池健康状态，即老化程度)等电池参数，并将结果传输给控制芯片。

控制部分

电池保护芯片：监控电池充电、放电情况，包括过压、过流、过热等，一旦发现异常，能及时切断电路，保护电池系统的安全。目前部分计量、充电芯片集成了电池保护功能。

充电管理芯片：主要负责充电和放电管理，根据锂电池的特性，自动进行预充电、恒流充电、恒压充电，充电管理芯片使得电压、电流达到可控状态，可以有效控制充电各阶段的充电状态，保护电池免受过放、过压、过充、过温等影响，最终有利于延长电池的寿命。

充电管理芯片根据工作模式不同可分为开关型、线性型、开关电容型。开关型适合大电流应用，使用灵活。常见的快充方案都采用开关型；线性型一般用于小功率充电场景，如便携式电子设备；开关电容型充电效率高，但架构受限，一般与开关型结合使用。

MCU：负责继电器控制、SOC/SOH预估、电池数据采集及存储等，需满足AEC-Q100等认证。相比消费级、工业级MCU，汽车级MCU门槛更高，对可靠性、一致性、安全性、稳定性等有刚性要求。

通讯部分

数字隔离器件：在BMS系统中，SOX（包括SOC、SOH等）算法一般在MCU中执行，因此AFE与MCU之间的通信通常采用数字隔离器件。