鋰電池管理芯片研究分析報(bào)告

證券研究報(bào)告（優(yōu)于大市，維持）鋰電池管理芯片研究2023年01月16日投資要點(diǎn)

1.

國內(nèi)電池管理IC產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，進(jìn)口替代趨勢(shì)明顯。電池管理芯片屬于電源管理芯片的細(xì)分領(lǐng)域，它能夠確保電池安全穩(wěn)定輸出電能。電池管理芯片的國產(chǎn)化率顯著低于電源管理芯片行業(yè)整體國產(chǎn)化率，德州儀器(TI)是行業(yè)龍頭，國內(nèi)企業(yè)深耕細(xì)分賽道，進(jìn)口替代進(jìn)程加快。

2.

下游應(yīng)用場(chǎng)景逐漸拓寬，需求拉升，助推電池管理IC行業(yè)。據(jù)賽微微電招股書援引Mordor

Intelligence統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2024年全球電池管理芯片市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將增長至93億美元。近年來，隨著下游通訊、消費(fèi)電子、工業(yè)、新能源汽車、儲(chǔ)能等領(lǐng)域技術(shù)快速發(fā)展，對(duì)電池管理芯片產(chǎn)品的性能要求不斷提升，推動(dòng)電池管理芯片不斷向高精度、低功耗、微型化、智能化方向不斷發(fā)展，同時(shí)促進(jìn)了全球電池管理芯片市場(chǎng)的持續(xù)增長。

投資建議：隨著下游新應(yīng)用場(chǎng)景出現(xiàn)，電池管理IC總量增長，國產(chǎn)廠商憑借趨勢(shì)擁有更大增長空間。建議關(guān)注中穎電子、芯?？萍肌①愇⑽㈦姷?。

風(fēng)險(xiǎn)提示：經(jīng)濟(jì)和市場(chǎng)波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)；下游需求不及預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)；市場(chǎng)競(jìng)爭加劇風(fēng)險(xiǎn)；產(chǎn)品研發(fā)不及預(yù)期；供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)。2概要1.

行業(yè)概述：國外廠商全線布局，細(xì)分賽道國內(nèi)廠商奮起直追2.

需求推動(dòng)：消費(fèi)、動(dòng)力和儲(chǔ)能三管齊下，共同發(fā)力拉動(dòng)增長3概要1.

行業(yè)概述：國外廠商全線布局，細(xì)分賽道國內(nèi)廠商奮起直追1.1什么是電池管理系統(tǒng)1.2市場(chǎng)規(guī)模與競(jìng)爭格局1.3電池管理IC功能介紹41.1

什么是電池管理系統(tǒng)

電池管理芯片針對(duì)電池提供電池計(jì)量、狀態(tài)監(jiān)控及電池保護(hù)、充電管理等功能。

電池安全芯片主要用于電池狀態(tài)監(jiān)控和電池單體均衡，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每節(jié)電池或電池包，避免出現(xiàn)過充、過放、過流和短路等故障，從而使電芯在安全穩(wěn)定的范圍內(nèi)工作，延長電池壽命，保障使用者的安全。

電池計(jì)量芯片可以提供電池的準(zhǔn)確電壓、電流、溫度、健康度等信息，可以用于確定電池的電量狀態(tài)(SoC)和健康狀態(tài)(SoH)，進(jìn)行電池荷電狀態(tài)估算。

電池充電芯片是充電時(shí)控制和檢測(cè)電流和電壓的，電器以最佳的狀態(tài)為電池充電。

電池認(rèn)證芯片集成了專業(yè)的加密認(rèn)證算法（比如SHA-1,電池管理產(chǎn)品示意圖SHA-256,

ECC等）來標(biāo)識(shí)電池是授權(quán)的。只有授權(quán)的、安全的電池才能使用或充電。

電池監(jiān)測(cè)器（Monitor/AFE）：AFE為MCU和電量計(jì)提供電芯和模組的電壓、溫度和電流等信息。由于AFE在物理上離電池最近，AFE還可以控制斷路器，如果觸發(fā)任何故障，斷路器會(huì)將電池與系統(tǒng)的其余部分?jǐn)嚅_。

均衡器（Balancer）：電池均衡是通過對(duì)多節(jié)串聯(lián)電池進(jìn)行容量最大化處理，確保各個(gè)電池單元能量可用，以此來延長電池使用壽命的技術(shù)。資料：TI《電源管理指南2018》，證券研究所551.2

市場(chǎng)規(guī)模與競(jìng)爭格局

根據(jù)賽微微電招股書援引Mordor

Intelligence統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020年全球電池管理芯片市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)為74億美元，2024年預(yù)計(jì)將增長至93億美元。電池管理IC

市場(chǎng)規(guī)模資料：賽微微電招股書援引Mordor

Intelligence，6證券研究所1.2

市場(chǎng)規(guī)模與競(jìng)爭格局

德州儀器(TI)是行業(yè)龍頭，TI的電池管理芯片產(chǎn)品包括充電器、電量監(jiān)測(cè)計(jì)、監(jiān)控器和保護(hù)IC，可用于工業(yè)、汽車和個(gè)人電子產(chǎn)品應(yīng)用。TI

布局資料：TI官網(wǎng)，證券研究所771.3

電池管理IC

功能介紹：充電IC

簡單而言是充電時(shí)控制和檢測(cè)電流和電壓的，使得電器以最佳的狀態(tài)為電池充電。

據(jù)知科技援引德州儀器(TI)電池管理產(chǎn)品(BMS)大中華區(qū)市場(chǎng)和應(yīng)用部門經(jīng)理文司華介紹，電池容量的突變并不在于電池密度是否有顯著提高，而在于手機(jī)的屏幕變大了，所以電池容量、電池空間增大。另外，電池電壓也在不斷提高，原來都是4.2V電池，現(xiàn)在變成4.35V。電壓提高的原因是：電芯每增加0.1V，能讓電池續(xù)航時(shí)間提升5%~8%左右。

價(jià)格差距較大，TI現(xiàn)有產(chǎn)品線報(bào)價(jià)0.3-6.4美金。充電電流特性資料：百度百科，證券研究所881.3

電池管理IC

功能介紹：保護(hù)IC

避免出現(xiàn)過充、過放、過流和短路等故障，從而使電芯在安全穩(wěn)定的范圍內(nèi)工作，延長電池壽命，保障使用者的安全。

過充過放對(duì)電池的損害都是致命的，不同之處僅在于過充產(chǎn)生大量氣體、易自燃和爆炸、表象劇烈，過放外觀變化和緩、但失效速度卻極快，在正常使用中都應(yīng)嚴(yán)格避免出現(xiàn)。對(duì)于單體電池而言，在充放電的過程中，如果過充或者過放電都會(huì)造成電池內(nèi)阻增大，負(fù)極析鋰，容量減小等一系列問題，使電池在使用過程中存在安全和壽命縮短的問題。對(duì)于電池組而言，在成組之前就需要單體電池的電性能基本一致，在使用過程中也需要保持各個(gè)單體電池的性能一致性，這樣電池才能盡量發(fā)揮1+1>1的效果。

TI現(xiàn)有產(chǎn)品線報(bào)價(jià)0.15-5.31美金。過充原理圖電路示意圖資料：先進(jìn)電池之家公眾號(hào)，電子工程世界企鵝號(hào)，證券研究所991.3

電池管理IC

功能介紹：計(jì)量IC

電量計(jì)功能模塊負(fù)責(zé)記錄流入和流出電池組的電荷。電荷是電流與時(shí)間之積。設(shè)計(jì)電量計(jì)時(shí)可使用多種不同的技術(shù)。測(cè)量電流的方法之一是使用電流感測(cè)放大器和帶有嵌入式低分辨率ADC的MCU。電流運(yùn)算放大器在高共模環(huán)境中工作，它負(fù)責(zé)放大分流器上差分信號(hào)，以支持更高的測(cè)量分辨率。這種設(shè)計(jì)技術(shù)以犧牲動(dòng)態(tài)范圍為代價(jià)。其他技術(shù)使用高分辨率ADC，或昂貴的電量計(jì)

IC。了解負(fù)載行為的電流消耗-時(shí)間關(guān)系可確定電量計(jì)設(shè)計(jì)的最佳類型。

SOH(State

Of

Health)主要表征當(dāng)前電池的健康狀態(tài)，為0-100%之間數(shù)值，一般認(rèn)為低于80%以后電池便不可再用?？梢杂秒姵厝萘炕騼?nèi)阻變化來表示，用容量時(shí)即通過電池運(yùn)行過程數(shù)據(jù)估算出當(dāng)前電池的實(shí)際容量，與額定容量的比值即為SOH。準(zhǔn)確的SOH會(huì)提高電池衰減時(shí)其他模塊的估算精度。

SOC(State

Of

Charge)屬于BMS核心控制算法，表征當(dāng)前的剩余容量狀態(tài)，主要通過安時(shí)積分法和EKF（擴(kuò)展卡爾曼濾波）算法，并結(jié)合修正策略（如開路電壓修正，充滿修正，充電末端修正，不同溫度及SOH下的容量修正等）。安時(shí)積分法在保證電流采集精度條件下比較可靠，但魯棒性不強(qiáng)，由于存在誤差累計(jì)必須結(jié)合修正策略，而EKF魯棒性較強(qiáng)，但算法比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度大。國內(nèi)主流廠家一般常溫可以做到精度6%以內(nèi)，在高低溫和電池衰減時(shí)的估算是難點(diǎn)。

SOE(State

Of

Energy)算法國內(nèi)廠家現(xiàn)在開發(fā)的不多，或采用較為簡單的算法，查表得到當(dāng)前狀態(tài)下剩余能量與最大可用能量的比值。該功能主要用于剩余續(xù)航里程估算。

TI現(xiàn)有產(chǎn)品線報(bào)價(jià)0.51-11.56美金。資料：TI官網(wǎng)，東莞鉅大鋰電官網(wǎng)，電子元件技術(shù)網(wǎng)，證券研究所101.3

電池管理IC

功能介紹：計(jì)量IC難點(diǎn)所在

BMS的剩余容量估算一直是業(yè)界難點(diǎn)。首先這是一個(gè)根據(jù)電池組電壓，電流，放電倍率，溫度等因素經(jīng)過算法計(jì)算的估算值，要求系統(tǒng)先要采集的足夠準(zhǔn)，足夠快才能保證最后的結(jié)果準(zhǔn)確。這又對(duì)主控芯片的處理速度，AFE的精度，采集電流的方案選擇，溫度傳感器的精度提出新的要求，還有從系統(tǒng)整體考量采樣頻率的大小諸多因素有關(guān)。選用高處理速度高精度的芯片勢(shì)必會(huì)增加成本，采樣頻率越快系統(tǒng)負(fù)荷也越大，所以在目前技術(shù)條件下，業(yè)界都是參考具體項(xiàng)目來權(quán)衡各方面因素。

電量計(jì)擁有電池的準(zhǔn)確電壓、電流、溫度、健康度等信息，能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)當(dāng)前電池狀態(tài)向主機(jī)充電器索取最合適的充電電壓、充電電流，能夠在安全的條件下實(shí)現(xiàn)多種形式充電需求，比如線損補(bǔ)償、快充、降額充電等等。SOC的狀態(tài)示意圖資料：《TI

電量計(jì)應(yīng)用指導(dǎo)》，證券研究所11111.3

電池管理IC

功能介紹：計(jì)量IC拓展

現(xiàn)行設(shè)備中有三種電量計(jì)，分別是：1）直接電池電壓監(jiān)控方法：電池電量的估計(jì)是通過簡單地監(jiān)控電池的電壓得來的，盡管該方法精度較低和缺乏對(duì)電池的有效保護(hù)；2）電池建模方法，根據(jù)鋰電池的放電曲線，建立一個(gè)數(shù)據(jù)表，每測(cè)量一個(gè)電壓值，根據(jù)該電壓去表中查出所對(duì)應(yīng)的電量，測(cè)量精度可以達(dá)到5%；3）庫侖計(jì)，在電池串入一個(gè)電流檢測(cè)電阻。該電流與時(shí)間做積分就是變化的電量，因此其可以精確跟蹤電池的電量變化，精度可達(dá)1%。

最準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)的解決方案是使用具有低漂移和高共模額定值的

16

位或更高分辨率ADC來測(cè)量感測(cè)電阻器上的電壓。高分辨率ADC提供大的動(dòng)態(tài)范圍，但以犧牲速度為代價(jià)。AFE模擬前端芯片直接連著電芯，面臨抗大量浪涌脈沖沖擊、更高精度采樣、更高安全等級(jí)等多種高難度技術(shù)門檻的芯片設(shè)計(jì)要求。如果沒有了AFE模擬前端芯片，BMS電池管理系統(tǒng)也就成了無根之木。核心在建?；蛘逜DC資料：《TI

電量計(jì)應(yīng)用指導(dǎo)》，證券研究所12121.3

電池管理IC

功能介紹：多電芯均衡

什么是電池的一致性？簡單的說就是同型號(hào)單個(gè)電池之間的重量、電壓、內(nèi)阻等關(guān)鍵指標(biāo)的偏差程度，偏差越大，一致性越差。事實(shí)上，新能源汽車電池是把大量的單個(gè)電池通過串聯(lián)和并聯(lián)的方式組成電池組，串聯(lián)得越多，不一致性放大倍數(shù)越多，電池壽命越短。這也是我們?nèi)粘Ｉ钪胁煌放?、新舊程度不一的電池不要混用的原因。

但在當(dāng)前技術(shù)現(xiàn)狀下，要求電池包內(nèi)所有電芯完全一致是幾乎不可能的事情，這就意味著各電芯間會(huì)存在著不一致的工作條件（內(nèi)阻/發(fā)熱量/SOC區(qū)間）及不同的老化率，所以需要均衡管理。BMS有被動(dòng)均衡管理和主動(dòng)均衡管理兩種方式。主動(dòng)均衡與被動(dòng)均衡資料：恩智測(cè)控NGI公眾號(hào)，證券研究所1313概要2.

需求推動(dòng)：消費(fèi)、動(dòng)力和儲(chǔ)能三管齊下，共同發(fā)力拉動(dòng)增長2.1消費(fèi)電子常見的電池管理系統(tǒng)2.2雙輪電動(dòng)車端常見的電池管理系統(tǒng)2.3電動(dòng)汽車端常見的電池管理系統(tǒng)2.4儲(chǔ)能與動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的不同之處142.1

消費(fèi)電子常見的電池管理系統(tǒng)

隨著通信市場(chǎng)逐漸向高能耗的5G手機(jī)迭代，續(xù)航焦慮催生出對(duì)大功率快充的需求，不斷升級(jí)的終端設(shè)備也對(duì)電池管理提出了更高的技術(shù)要求。其中，用于評(píng)估電池剩余容量和健康狀態(tài)的BMS電量計(jì)芯片，亦隨之迎來新的挑戰(zhàn)。

而電量計(jì)作為快充功能的一個(gè)關(guān)鍵模塊，如果要參與到快充控制，就需要支持小阻值電流采樣電阻，以便支持較大的充電電流。榮耀50手機(jī)資料：南方Plus網(wǎng)易號(hào)，

eWiseTech微信公眾號(hào)，證券研究所152.1

消費(fèi)電子常見的電池管理系統(tǒng)

據(jù)IT之家百家號(hào)援引Aksje

Bloggen數(shù)據(jù)，全球筆記本電腦出貨量在2020年達(dá)到2.2億臺(tái)。時(shí)代周報(bào)百家號(hào)援引Strategy

Analytics，2021年同比增長19%，再次達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的2.68億臺(tái)。聯(lián)想居第一，2021年全年共出貨6340萬臺(tái)，年增長率達(dá)到16%，市場(chǎng)份額占比達(dá)24%。惠普5900萬臺(tái)，yoy14%，份額22%；戴爾4570萬臺(tái)，yoy29%，份額17%。

每日經(jīng)濟(jì)新聞百家號(hào)援引IDC，2021年全球共計(jì)出貨平板電腦1.69億臺(tái)，較2020年增長3.2%。其中蘋果以34.2%的市場(chǎng)份額穩(wěn)居第一，出貨量達(dá)到了5780萬臺(tái)。三星18.3%的市場(chǎng)份額排名第二，出貨量為3090萬臺(tái)。筆記本電池2021年

全球筆記本電腦市場(chǎng)格局資料：百度百科，IT之家百家號(hào)援引Strategy

Analytics，證券研究所16162.1

消費(fèi)電子常見的電池管理系統(tǒng)小米

手表紫米充電寶MOMA猛瑪LARK

150便攜式領(lǐng)夾麥克風(fēng)FreeBuds4E耳機(jī)資料

：充電頭網(wǎng)搜狐號(hào)，新浪財(cái)經(jīng)援引充電頭網(wǎng)，我愛音頻網(wǎng)，我愛音頻網(wǎng)企鵝號(hào)，

證券研究所172.2

雙輪電動(dòng)車端常見的電池管理系統(tǒng)

據(jù)賽微微電招股書援引EV

TANK和QY

Research數(shù)據(jù)，2020年中國輕型電動(dòng)車輛出貨量為2429萬輛，其中鋰電電動(dòng)兩輪車1136萬輛，電動(dòng)平衡車929萬輛，電動(dòng)滑板車產(chǎn)量364萬輛。

據(jù)賽微微電招股書顯示，業(yè)內(nèi)一輛鋰電電動(dòng)兩輪車通常使用4-8顆電池安全芯片，一輛電動(dòng)平衡車或電動(dòng)滑板車通常使用2-4顆電池安全芯片，外加1顆電量計(jì)和1顆充電管理芯片。小牛電動(dòng)車電池保護(hù)板圖資料：電動(dòng)車訊息公眾號(hào)，證券研究所18182.3

電動(dòng)汽車端常見的電池管理系統(tǒng)

根據(jù)市界百家號(hào)，目前在電動(dòng)汽車中40%的成本來自電池，因此，電池的性能和壽命成為了電動(dòng)汽車品牌取得成功的關(guān)鍵因素。

集中式BMS：集中式BMS具有成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，一般常見于容量低、總壓低、電池系統(tǒng)體積小的場(chǎng)景中。

分布式BMS

：分布式的BMS架構(gòu)能較好的實(shí)現(xiàn)模塊級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的分級(jí)管理。電動(dòng)車BMS框圖資料：TI官網(wǎng)，證券研究所19192.3

電動(dòng)汽車端常見的電池管理系統(tǒng)捷豹

IPace-EV400

BMSTI

ISO7741TLX9175JNXP

S9S08DZ32TI

bq76PL455A資料：汽車ECU開發(fā)公眾號(hào)，證券研究所20202.3

電動(dòng)汽車端常見的電池管理系統(tǒng)Model

3

BMS系統(tǒng)資料：汽車ECU開發(fā)公眾號(hào)，證券研究所212.3

電動(dòng)汽車端常見的電池管理系統(tǒng)e-tron

BMS系統(tǒng)資料：汽車ECU開發(fā)公眾號(hào)，證券研究所222.4

儲(chǔ)能與動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的不同之處

儲(chǔ)