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模拟芯片行业专题报告:BMIC,模拟芯片皇冠,国产替代空间广阔

2026-01-06 09:53:06 未来智库 56 人阅读
模拟芯片行业专题报告:BMIC,模拟芯片皇冠,国产替代空间广阔

(报告出品方/作者:财通证券,张益敏)

1.BMS:电池系统的大脑、管家、保镖

电池技术在200余年的时间里不断演进,并在近30年的时间里取得了飞速发展,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。回顾历史上来看,电池管理系统的技术,也是伴随着电池技术的升级,在工程实践中不断得到提升的。


1.1.无管理时代:自己动手,丰衣足食

早期的电池如镍镉电池等,以单体电池的形态出现,往往不需要电池间均衡,使用者一般通过测量电池端点电压实现SOC估计。后续随着电压和功率需求的增加,电池串联使用的出现(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使用方法存在以下两个问题:1)传统SOC算法估计的准确度大大降低:由于各个单节电池特性存在差异,单一的拟合公式无法实现电量的准确估计;2)由于SOC估计误差,各个电池单节之间的电量均衡较差,单体电池时常处于过充/过放状态,导致电池组的使用寿命也大大降低。为了解决以上两个问题,人们开始定期检查电池一致性,对电量比平均值多(少)的电芯及时地进行放电(充电)。同时,定期对所有电芯进行完全充放电测试以确定整体电池组的电池容量和使用状态,避免电池组在错误状态下长时间工作。这便是最早的BMS,依靠人的手动定期操作,实现电池错误检测、SOC和电池容量估计、保障充放电一致性。

1.2.简单管理:小米加步枪,自动化程度提升

无管理/手动管理的缺点显而易见:无法实现实时检测、维护繁琐且需要耗费电池寿命。也正因此,从原始的手动电池管理,衍生出了现代BMS的雏形,通过搭建电路,对每个单体电芯的电压、电流、SOC状态进行实时在线监测,实现了传统意义上需要通过人工手动完成的功能。这一类型的BMS产品最早出现时间已不可考,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系统都使用一个采样模块进行监控,并且通过现场总线将相关参数回传给主MCU。


1.3.全面管理:SOC估计精度提升,功能集成度提升

简单的电池管理系统由分立的多个子模块组成,尽管自动化程度大幅提升,但分立方案需要复杂的线路布置,占地面积大;同时模块数的增加也降低了系统整体的可靠性。进入21世纪,伴随着手机、笔记本、平板电脑需求的快速增长,锂电池得到了广泛应用。锂是一种化学性质极为活泼的金属,锂电池过充、过放都将导致严重的后果。早期的BMS沿用了监测电池两端电压进行SOC估计的方案,精度有限,对于锂电池场景不再适用,也正是在这一时期,各类SOC估计算法开始出现,并一度成为学术界热点。

2.BMIC:种类及功能

我们把BMS中的芯片分为通用和专用两种类型。通用芯片包括MCU、电源管理芯片、通讯接口等芯片,此类芯片可以采用与非电池应用相同或相近的型号,无需针对BMS进行单独开发;专用芯片针对BMS应用专门开发,满足特定应用领域中的BMS功能需求。更进一步,BMS专用芯片又可以分为保护芯片(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,充电芯片还可以分为开关、线性和电荷泵等类型,均衡芯片可以分为主动均衡和被动均衡两种类型。下面分品类详细介绍每一种芯片的作用

2.1.电池保护芯片(Protector)

电池保护芯片负责监测电芯的充放电情况,保障不会因为外部的滥用或者故障而对电池产生损伤。通常来说,电池保护芯片需要监测的异常情况包括过压(OV)、过流(OV)、放电过流(OCD)、充电过流(OCC)、过热(OT)等。当检测到出现异常情况时,电池安全芯片可以及时切断电路,保障电池系统的安全。目前部分BMIC芯片(充电芯片、电量计等)会集成保护功能,但为了实现更加全面的保护,专用电池保护芯片仍然是部分应用中不可缺少的组件。从结构上来看,电池保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,由于电池保护芯片的测量参数仅用于与阈值进行比较,采样精度要求相对较低,逻辑电路部分也以比较器为主,结构相对简单。


2.2.充电芯片(Charger)

充电芯片需要实现的功能有:1)电源路径管理(PPM):对电源路径进行控制,使得外部电源的开断不影响系统正常工作;2)充放电控制:对电池的充放电进行恰当的控制和管理,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要由充电管理芯片完成。受限于芯片的成本、体积和散热要求,充电芯片一般仅用于小功率用电器的充电,对于大功率应用场景(如电动汽车),一般采用由分立器件搭建的专用大功率充电电路。根据电路拓扑的不同,电池充电芯片又可以分为线性、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合,开关充电芯片应用最为广泛,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合,在恒流充电阶段可以有效提升充电效率。

2.3.电量计量芯片(Gauge)


2.4.电池监测与均衡器(Monitor/AFE和Balancer)

电池监测器的主要功能是对电池参数进行高精度监测,并通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能,一般用在高串数串联的场合(~10串到上百串)。通常,需要由多个监测芯片级联以形成完整的监测系统。

在高串数系统中,为了保障电芯电压、电量的均衡,需要采取电量均衡措施。目前电量均衡有两种常见的方案:主动均衡和被动均衡。主动均衡方案使用开关管和隔离变压器等器件在电芯之间构建能量变换电路,从而实现能量在电芯之间的流动;被动均衡方案则采用无源元件,将电量较多的电芯上多余的能量通过电阻耗散成为热能。被动均衡方案所需外部元器件较少,在成本和可靠性方面具有优势,但会增加系统损耗;主动均衡方案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。无源均衡方案一般集成在电池监测芯片中。

2.5.电池认证芯片(Authentication)

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造成伤害,一般选择在电池Pack中集成一颗电池认证IC,并在电池连接至系统时进行认证,只有验证通过的电池才能为系统供电。此外,尽管目前手机电池大多不可拆卸,为了避免用户自行替换电池带来的潜在风险,厂商一般也会选择在设备内置电池中配置一颗认证芯片。


将以上保护、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,并互相连接构成完整的信号通路,即构成了电池管理系统。根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:BMIC需求快速增长

3.1.消费:未来3-5年的最大下游领域

消费市场下游主要应用包括手机、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/智能手表一般采用3.7V锂离子电池,笔记本电脑一般采用3串12.6V锂离子电池。目前消费电子产品中所涉及的BMIC一般包括充电芯片(Charger)、电量计(Gauge)、电池保护(Protector)三种类型。此外,早期手机采用可拆卸电池,因此除了充电芯片、保护芯片、电量计以外,还需要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方案演变,仅在部分高端智能手机上才能发现认证芯片的身影。

测算假设:在手机、笔记本电脑、TWS、平板电脑、智能手表应用中,单台设备平均需要1颗充电芯片、1颗电量计芯片、1颗电池保护芯片。对于中高端手机,平均额外需要1颗电荷泵芯片、1颗电池认证芯片。

根据IDC数据,2021年全球手机出货量达到13.52亿台,平板电脑出货量达到1.68亿台。根据CounterPoint数据,2021年全球TWS耳机出货量达到2.9亿部。根据集微咨询数据,2021年全球笔电出货量达到2.62亿台。在测算中,我们假设全球手机/平板电脑/笔电出货量以3%/3%/3%的平均增速平稳增长(2022年手机出货量下滑6.50%),全球TWS耳机出货量以20%增速增长,全球手表出货量以30%增速增长。


据测算,2021年全球手机BMIC市场规模约15.88亿美元,预计到2026年增长至18.52亿美元,2021-2026年CAGR=1.92%;2021年泛消费(笔电、平板、TWS、手表)BMIC市场规模13.55亿美元,预计到2026年增长至26.67亿美元,2021-2026年CAGR=14.50%。受益于可穿戴终端需求的快速增长,泛消费BMIC需求增速较快。同时我们也需要指出,本测算未考虑手机端充电技术和架构的革新,也未考虑AR/VR等新设备终端需求的潜在弹性。整体来看,作为率先采用锂电池方案的终端,消费领域在未来3-5年内仍将是BMIC最大的下游市场。

3.2.工具电池:锂电两轮车渗透率提升,电动工具销量增长

两轮电动车中所涉及的BMIC产品一般包括电量计、电池检测和电池保护三种芯片。电动工具中所涉及的BMIC产品一般包括电池监测芯片、开关充电芯片和电池保护芯片三种类型。两轮电动车锂电渗透率持续提升。锂电池因其能量密度高、重量轻的特点,在两轮电动车领域相比传统的铅蓄电池更有优势。2018年5月15日,两轮电动车新国标(GB17761-2018)发布,规定整车最大重量不超过55公斤,传统的铅蓄电池能量密度低,续航里程受到限制,两轮电动车开始加速转向锂电池。根据艾瑞咨询数据,2021年全国两轮锂电车销量占比达到23.4%,预计2022年上升至27.3%。

锂电方案占比增加带动BMIC需求持续增长。传统的以铅酸电池为储能装置的两轮电动车上,由于铅酸电池稳定性较高,除部分高端型号外,一般不采用专门的电池管理芯片。而锂电池特性活泼,对电芯间均衡程度的要求提升,需要采用专门的监测芯片。新国标推荐两轮电动车电池电压为48V、60V、72V、84V、96V、144V,对应电芯串联数在16串以上。因此,一般在两轮电动车领域应用的监测芯片为16S、18S型号。在安全要求较高的高端两轮电动车产品中,为进一步保障电芯安全,还需要额外搭配一颗保护芯片。电动工具中的电池架构与两轮电动车类似,同样需要电池监测芯片、电池保护芯片,同时还需要一颗充电芯片满足电池充电需求。


测算假设:电动工具:每台电动工具需要1颗电池监测芯片、1颗开关充电芯片、1颗电池保护芯片。两轮电动车:我们假设中国地区锂电两轮车渗透率与全球相同,并预计22/23/24/25/26年全球锂电两轮电动车渗透率为27%/35%/50%/75%/100%。每台锂电两轮电动车需要1颗电量计量芯片、1颗电池监测芯片、1颗电池保护芯片。经测算,2021年电动自行车和电动工具领域的BMIC市场规模分别为0.19/8.70亿美元,预计到2026年,电动自行车和电动工具领域的BMIC市场规模分别将达到0.89亿美元和12.20亿美元,2021-2026年CAGR=36.45%/7.00%。

3.3.电动汽车:要求最高的BMIC赛道

BMIC是电动汽车电池安全的核心组件,早期的电动汽车通常采用单体电池方案。2012年TeslaModelS发布,首次采用由7104节18650电芯串联组成的电池包。18650电芯产量大、价格低,且在可靠性和能量密度方面均具有优势。但由7000余节电芯串联+并联构成的系统中,电池簇之间极易出现电量不平衡,对BMS提出了巨大挑战。支撑TeslaModelS完成如此工业壮举的是TI的BQ76PL5363-6SBMS监控和保护芯片。以磷酸铁锂电池为例,单体电芯电压范围一般在3.2-3.6V之间(标称电压3.2V),400V系统电动汽车电池电压一般在360V左右,为达到相应电压等级,需要约120只电芯串联。如此大量的电芯串联,对电芯之间的电量一致性提出了更高要求,因此需要采用电池监测芯片对每一个电芯进行电压、电流检测。假如120只电芯串联(电芯并联的数量取决于电池容量),采用常见的12-16SAFE芯片,则需要约8-10只AFE芯片。


3.3.1.高压系统渗透率提升将带动单车BMIC需求翻倍增长

目前新能源汽车电池电压普遍在400V左右,例如理想One动力电池额定电压为350.4V,比亚迪秦的动力电池电压则在500V左右。根据电路原理,功率P=电压U×电流I,在相同功率下,电压越大,电流越小,相应地电流在传导过程中产生的热损耗也越小。因此,目前主流车企均布局高压平台。电压升高而电流减小,传统的IGBT器件在功耗上不再具有优势,SiC器件也因此成为了高压平台的主流。而常见的SiC器件击穿电压一般为1200V,考虑安全裕量,800V成为了车企高压平台电压的主流选择。根据我们前文测算过程,AFE芯片的需求与电压基本成正比,因此平台电压从400V升高到800V将带动AFE需求翻倍成长。

3.3.2.电芯技术体系升级对AFE使用量影响较小

目前通常讨论的动力电池技术体系分为锂离子电池和钠离子电池两种,其中锂离子电池又可以分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂(LFP)、三元锂等。早期锂电池主要应用于3C产品,以钴酸锂为主;后续随着新能源客车普及,磷酸铁锂(LFP)电池需求快速增长;近年来随着新能源乘用车的普及,锂电池体系呈现LFP和三元锂电池共存的局面。未来随着钠离子电池技术的发展,钠离子电池需求亦有望迎来快速增长。我们对比电芯额定电压容易发现,不同技术体系的电芯额定电压基本相同,区间在3.00-3.80V。因此容易判断,电芯技术体系升级对AFE使用量影响较小。

3.3.3.车规应用场景对BMIC芯片提出更高要求

与工业、消费等应用场景不同,电动汽车BMIC芯片与乘员安全息息相关,因此在芯片可靠性、安全性、一致性方面提出了更高要求。主要规范包括AECQ100、ISO26262和IATF16949等。AEC-Q100是一种基于故障机制的集成电路应力测试方法,包括了一系列应力测试,芯片需要通过高温高湿、振动、静电放电等场景的测试方能取得认证。ISO26262是汽车芯片功能安全认证,旨在确保系统整体对外界输入和干扰能够正确响应(哪怕在部分电路失效的情况下),避免造成人体健康损害或人身损伤。功能安全从ASIL-A到ASIL-D分为四个等级,A最低,主要用在车身控制等与行驶安全关联度较低的系统中;D最高,主要用发动机等与行驶安全息息相关的系统中。功能安全要求较高,电路和系统设计难度较大,是目前车规芯片验证耗时最长的环节之一。

IATF16949是汽车生产质量管理体系认证,涵盖产品安全、风险管理和应急计划、嵌入式软件要求、变更和质保管理、次级供应商管理等5个方面,该认证主要面向企业和产线,获得IATF16949认证能够证明公司满足在供应链中建立持续改进过程、强调缺陷预防以及减少变差和浪费的质量管理体系要求。该技术规范适用于所有产品或生产材料制造商和供应商、热处理或镀锌等服务,以及汽车客户规定的其他产品。为了满足功能安全需求,在汽车BMS系统中,SOX算法一般放在主控MCU完成,因此需要构建AFE到MCU之间的通讯链路。早期方案一般采用星型架构,每一颗AFE芯片都需要配备单独的隔离通讯芯片,并单独连接至MCU。随着技术发展,菊花链架构逐渐成为主流,每颗AFE芯片之间通过差分信号线和隔离电容(或隔离变压器)串联,并通过一颗单独的隔离通讯芯片连接到MCU,极大地减少了通讯芯片的数量。


3.3.4.测算假设与结果

由此我们可以做出以下测算假设:对于400V系统新能源车,假设需要8颗AFE芯片和1颗隔离通讯芯片。对于800V系统新能源车,假设需要16颗AFE芯片和1颗隔离通讯芯片。22/23/24/25/26年全球新能源车销量分别为1200/1500/1900/2240/2500万辆。监测芯片单价约5美元,通讯芯片单价约0.5美元。

经测算,2021年全球新能源车领域BMIC市场规模约2.81亿美元,预计2026年将达到15.13亿美元,2021-2026年CAGR=40.07%。

3.4.储能:弹性最大的BMIC赛道

新能源发电是近年来能源领域最主要的发展趋势,而风电、光伏等新能源具有出力不稳定、电网支撑能力差的特点。随着新能源发电装机量的增长,传统电网的调频、调峰能力受到了挑战。电化学储能是提升电网调峰调频能力的重要手段,在户用场景下电化学储能也是匹配出力-负荷曲线,实现全天候用电的重要工具。伴随着新能源发电装机量的增长,电化学储能的需求也在持续增长。根据集邦咨询数据,2025年全球储能年度装机量预计达到450GWh。

储能中所涉及的BMIC一般包括电池监测芯片、电池平衡芯片和隔离通讯芯片三种类型。BMIC在储能领域的应用以储能电站为主。随着新能源占比提升,为了保障电网稳定运行,储能电站的配套建设成为刚需。在电化学储能电站中,电压等级高、电池串并联数量多,对于BMIC的质量要求也较高。储能电站空间较大,可以支持复杂的电路布置,为了提升能量转换效率,可以采用主动均衡方案。电化学储能电站每个模块的BMS系统一般包括:电池监测芯片、电池平衡芯片、隔离通讯芯片、电池电量计量芯片等,各个Rack的信息再经由隔离通讯接口上传至中枢MCU,进行统一调配。


电芯容量升级,280Ah及更大容量电芯正在成为行业主流。在储能系统中,更大容量的电芯具备以下优势:1)在pack端,可以减少零部件使用量,成本更低,体积能量密度更高;2)在系统端,相同容量下电池簇数量减少,可靠性和安全性提升;3)在建造端,大电芯可以简化装配工艺,大幅节省土地基建、集装箱等方面的成本投入。因此,目前280Ah电芯正加速在风光发电侧、电网侧、共享储能侧和部分大型移动式储能应用等追求低成本、大容量和安全性的场景替代过去传统的50Ah和100Ah电芯产品。根据GGII不完全统计,国内已有超过10家电芯企业对外销售其280Ah磷酸铁锂电池产品。

经测算,2021年全球储能BMIC市场规模约0.45亿美元,预计到2026年储能BMIC市场规模将达到6.91亿美元,2021-2026年CAGR=72.34%。还需要指出的是,我们此处假设2026年全球储能电池装机规模达到450GWh,但从储能电池端产能规划来看,全球储能BMIC市场的潜在规模可能更大。根据高工锂电数据,2022Q1国内宣布扩产的储能电池项目总规模即达到166GWh,未来储能市场BMIC需求量有望超出我们测算的范围,具有潜在的弹性空间。

3.5.总结

经测算,2021年全球锂电池BMIC市场规模约为42.54亿美元,预计到2026年市场规模将增加至80.31亿美元,2021-2026年CAGR=13.55%。其中增速最快的市场是储能、汽车和可穿戴(泛消费)市场,2021-2026年CAGR分别为72.34%、40.07%、14.50%。需要指出的是,本测算中忽略了大量长尾场景(如UPS、玩具等);亦忽略了2021年开始的芯片短缺带来的价格弹性。若考虑以上两个因素,则潜在市场规模应比我们的测算结果更大。


4.供给端:双寡头格局,国产化率低

目前,全球BMIC市场主要被TI、ADI、高通、Maxim(被ADI收购)、瑞萨等海外企业占领。其中TI和ADI(含Maxim)占据了全球市场接近60%份额,市场呈现双寡头格局。

4.1.ADI:全球BMIC龙头,在汽车、工业市场领先身位突出

ADI成立于1965年,是全球高性能模拟芯片龙头。ADI的在高压BMIC的布局始于2009年,也是全球第一家生产高压BMIC的企业。2017年,ADI收购了全球高性能电源领域的尖端企业Linear,Linear在BMS领域有约10年的研发经验,是全球高性能BMS领域的领先者。2021年,ADI收购Maxim,Maxim在高压BMS领域亦享有领先地位,2020年全球市场份额达到约12%。两次并购,极大增强了ADI在全球BMIC领域的竞争力,奠定了ADI在高压BMIC的霸主地位。

据ADI官网披露料号数据统计,目前ADI拥有超过200种BMIC料号,产品包括充电芯片、电量计芯片、电池监测芯片、电池均衡芯片、无线充电芯片等。其中充电芯片料号种类数量最多,达180余种。


4.2.TI:全球模拟芯片龙头,全品类BMIC领先者

德州仪器(TI)成立于1930年,是全球模拟芯片龙头,具备全球最为全面的通用模拟芯片产品。TI早在上世纪的镍铬电池时代就开始为市场提供BMIC产品,涵盖充电芯片、电量计、电池监控芯片等多个品类。

目前,TI的BQ产品线涵盖消费、工业、汽车等几乎所有应用场景,且TI凭借丰富的产品组合,在相对细分的消费场景拥有较大优势。根据TI官网显示数据,TI拥有约500种BMIC料号,其中电池充电器IC占比最高,达到59.52%,电量计IC占比为19.84%,电池保护器和监测/平衡芯片占比分别为12.42%和6.81%。

4.3.供需错配,中国BMIC企业面临重要机遇

短期来看,BMIC作为重要的高成长、高门槛产品,龙头企业地位相对稳固,同时,随着企业的并购整合,行业格局正在走向集中。不论是ADI对Maxim的收购,还是2021年瑞萨对Dialog的收购,都进一步加速了这一进程。同时,我们也需要注意到这其中蕴含着的供需错配之处。根据GGII数据,22H1中国地区锂电池厂商动力电池装机量占比超过5成。而根据我们测算,中国地区BMIC企业市场份额在全球占比不及10%,且中国BMIC企业下游主要面向消费、电动工具等领域,在动力电池领域占比几乎为零。如此大的份额差距,带来的正是中国BMIC企业的潜在机会。


5.BMIC行业发展趋势

前文的测算更多以静态的眼光看待BMIC行业的发展,本节着重探讨BMIC行业未来的发展趋势。据我们总结,BMIC未来在技术层面有三大发展趋势:1)通讯无线化;2)功能更加复杂,智能化程度更高;3)安全要求更高,高压化、高可靠;4)BMIC应用场景向电池全生命周期延伸。

5.1.BMIC通讯无线化

传统的BMS中各个芯片之间的连接主要依靠线束,可靠性高,同时也牺牲了系统的体积,增加了维护难度。近年来海外龙头企业积极布局无线BMIC,通过芯片之间的通讯无线化,可以减少高达90%的线束和15%的电池组体积,系统的设计灵活性和可维护性也更高。

2017年,凌力尔特(ADI)在慕尼黑上海电子展上演示了业界首款无线电池管理系统(BMS)概念车。这款概念车由凌力尔特的设计合作伙伴LIONSmart开发,将凌力尔特的高精度电池监控器及SmartMesh无线网格网络产品在BMWi车型上进行了整合,取代了电池组和电池管理系统之间的传统有线连接。BMS的此项重大突破解决了由于汽车线束以及电动汽车和混合动力/电动汽车中的连接线所引起的可靠性问题,并简化了BMS设计和制造。

5.2.功能复杂化、智能化

近年来行业内公司致力于在BMIC中集成更加复杂的功能,数据和资源支持更加丰富,以提升BMS整体的安全性、可靠性、可维护性。软件端,智能运维等软件已成为BMS的标配;硬件端,芯片功能的升级也在持续进行。以大唐恩智浦的DNB1XX型电芯监测芯片为例,其集成了电化学阻抗谱(EIS)监测功能。EIS是电池的阻抗特性,可以反应电芯内部温度、SOC、SOH等性能参数,传统的EIS监测设备价格高达30万/台,而DNB1XX通过给电池施加一定频率的电流激励,测算相应频率下的交流阻抗,可以得到电池的EIS特性。相比笨重的EIS设备,集成EIS功能的BMIC可以实现在线监测,并且降低了监测系统的成本。


5.3.高压化、高可靠

前文提到,电动汽车800V系统渗透率持续提升,对BMIC的高压性能也提出了更高要求。除此以外,还需要注意到储能系统的高压化趋势。目前储能系统电池连接有大机方案、模块机方案、高压直挂方案等。其中大机方案由于多簇电池并联,电池簇之间的环流无法避免,单只电池的故障可能会影响整个系统,成本低但安全性较差;模块机方案将单个电池的影响范围限制到Pack内,但系统效率较低,成本较高;高压直挂方案将单个电池的影响范围限制在电池簇内,效率最高,但对系统绝缘性能提出了更高要求。

目前在大容量电网储能系统中,高压直挂方案渗透率正在提升,BMIC芯片的高压性能也需要相应得到提升。此外,伴随着汽车和储能系统寿命要求的提升,BMIC芯片的可靠性和寿命也需要相应发展。

5.4.BMIC应用向电池全生命周期延伸

伴随着BMIC功能复杂度的提升,未来BMIC应用场景有望向电池全生命周期延伸,带来更多需求增量。例如电池生产环节的化成分容、出厂检测,以及电池回收环节的良品检测,都需要BMIC芯片的参与。例如ADI已推出电池管理平台,能够在电池生产、仓储、运输、车载使用、回收利用等全生命周期内采集分析数据,实现精确的电池监测。

6.BMIC重点公司分析

6.1.中颖电子

中颖电子成立于1994年,2012年在创业板上市。公司早期产品以8位单片机为主,主要应用于家电、消费等领域。2022H1公司实现销售收入9.02亿元,同比+31.50%;归母净利润2.55亿元,同比+67.12%。


在BMS领域公司布局较早,下游以笔记本电脑、平板电脑、电动工具为主。2008年公司节能应用类相关产品即实现收入0.16亿元,2022H1公司锂电池管理芯片占公司收入比重近三成。公司是国内手机品牌大厂主要的锂电池管理芯片供应商之一,技术积累达到国际一流水平,相关产品种类齐全。同时,公司将进一步完善产品线布局,发挥BMS+优势,有序扩充充电管理、电源管理产品品类,由工控级锂电池管理芯片延伸到车规级应用领域。

6.2.赛微微电

赛微微电成立于2009年,是国内电池管理芯片行业的主要供应商之一。公司的主营业务为模拟芯片的研发和销售,主营产品以电池管理芯片为核心,并延展至更多种类的电源管理芯片,具体包括电池安全芯片、电池计量芯片和充电管理等其他芯片。2022H1公司实现收入1.09亿元,同比-33.53%;归母净利润0.28亿元,同比-34.08%。公司收入下滑主要受到消费需求不景气影响。

目前公司BMIC下游主要面向手机、可穿戴、PC、平板、电动工具、两轮电动车等应用场景。此外公司亦凭借自身在BMIC领域的深厚技术积累,投入汽车BMIC芯片研发,有望在未来实现突破。

6.3.必易微

必易微成立于2014年,2022年在科创板上市。公司主要产品包括LED驱动、通用电源管理芯片(AC/DC、DC/DC)、电机驱动芯片等。2022H1公司实现收入3.14亿元,同比-17.08%;归母净利润0.52亿元,同比-48.04%。公司业绩下滑,主要原因系2021年LED驱动芯片短缺,多数LED照明厂商进行了备货,终端库存水位较高;2022年市场需求较差,叠加去库存影响导致。


2022年8月,公司发布3-18串锂电池高精度监控和保护器芯片KP62010、KP62030。产品具备16位电池采样ADC、增强MOS驱动、多重保护机制,适用于电动车、平衡车、电动和园艺工具等应用场景。

6.4.希荻微

希荻微成立于2012年,公司主要产品涵盖DC/DC芯片、超级快充芯片、锂电池快充芯片、端口保护和信号切换芯片等,目前主要应用于手机、笔记本电脑和汽车电子领域,同时可广泛应用于可穿戴设备、物联网设备、智能家居等领域。在技术壁垒显著更高的车载电子领域,终端对产品性能、可靠性和一致性要求均大幅高于消费电子,公司自主研发的车规级电源管理芯片产品达到了AEC-Q100标准,DC/DC芯片已进入高通的全球汽车级平台参考设计,并已向现代、起亚等知名车企实现出货供应。22H1公司实现收入3.06亿元,同比+40.03%;归母净利润0.23亿元,同比+18.49%。

公司在电池充电芯片领域技术领先,包括开关和电荷泵充电芯片。公司在高压电荷泵细分市场行业领先,超级快充芯片已被应用于一加9Pro等一线手机品牌的旗舰机型中。

6.5.芯海科技

芯海科技成立于2003年,2020年上市,是一家专注于高精度ADC、高性能MCU、测量算法以及物联网一站式解决方案研发设计的企业。公司产品广泛应用于智慧健康、压力触控、智慧家居感知、工业测量、通用微控制器等领域。22H1公司实现收入3.38亿元,同比+23.01%;归母净利润0.16亿元,同比-66.14%。


公司的BMS芯片已经实现大规模出货,同时,根据公司22年半年报披露,公司应用于笔记本电脑、电动工具、扫地机器人等2-5节BMS产品开发顺利,预计将于2022下半年上市。应用于动力电池的5-16节的BMS产品预计年内启动开发工作,2023年上市。

6.6.圣邦股份

圣邦目前拥有的BMIC产品主要是锂电池充电管理芯片,包括SGM4056、SGM415623等料号,主要应用在手机等便携式设备的锂电池充电管理中。

6.7.英集芯

英集芯成立于2014年,主营业务为电源管理芯片、快充协议芯片的研发、设计与销售。公司主要产品包括电池充电芯片、电池保护芯片、快充协议芯片等。2021年公司实现销售收入7.81亿元,同比+100.56%;归母净利润1.58亿元,同比+60.78%。22H1公司实现收入4.10亿元,同比+15.32%;归母净利润0.98亿元,同比+160.96%。


公司产品主要用于移动电源、无线充电发射端、TWS耳机充电仓、车充等场景。主要客户包括小米、公牛、南孚、Anker、品胜等。公司亦有多款电池充电芯片,面向1-6节电池充电场景,可提供最高至5A的充电能力。

6.8.钜泉科技

钜泉科技成立于2005年,主营业务为智能电表相关终端设备的芯片研发、设计与销售。公司主要产品包括智能电表计量芯片、计量SoC、MCU、电力线载波通信芯片等。公司在国内三相电表计量SoC领域享有绝对领先地位,在电表MCU领域亦享有较高份额。受益于国内智能电表渗透率提升,公司收入和利润近年快速增长。2021年公司实现销售收入4.99亿元,同比+31.75%;归母净利润1.01亿元,同比+63.26%。22H1公司实现收入3.02亿元,同比+49.37%;归母净利润0.87亿元,同比+152.31%。

作为AFE的一种,电表计量芯片与BMSAFE具备技术上的相似性。钜泉科技前瞻布局汽车BMSAFE产品,根据2022年9月21日公司投资者关系活动记录表,在BMIC领域目前公司已拥有一支20余人的独立研发团队,预计23Q1首颗AFE芯片将流片,主要面向动力电池、储能电池等领域。

6.9.南芯科技

南芯科技成立于2015年,主要产品包括电荷泵充电管理芯片、通用充电管理芯片、无线充电管理芯片、其他电源及电池管理芯片等。2021年公司实现销售收入9.84亿元,同比+451.96%;归母净利润2.44亿元,同比大幅扭亏为盈。

公司是国内领先的电源和电池管理芯片供应商,在手机领域,南芯产品已进入荣耀、OPPO、小米、Vivo、Moto等知名品牌,并完成直接供应商体系认证;在其他消费电子领域,公司产品已进入Anker、紫米、贝尔金、哈曼、Mophie等品牌;工业领域公司主要客户包括大疆、海康威视、TTI;汽车客户包括沃尔沃、现代等品牌。

6.10.BYD半导

比亚迪半导体成立于2004年,是比亚迪子公司,主要从事功率半导体、智能控制IC、智能传感器及光电半导体的研发、生产及销售。公司主要产品包括功率半导体IGBT器件、驱动芯片、智能传感器芯片及模组、图像传感器芯片等。2021年公司实现销售收入31.66亿元,同比+119.68%;归母净利润3.95亿元,同比+573.74%。

在BMIC方面,公司目前拥有电池管理MCU产品BF8212BM32。此外,公司拟通过IPO发行股票不超过5000万股,募集资金20.09亿元,其中1.5亿元投入高精度BMS芯片设计与测试技术项目。

6.11.琪埔维

琪埔维(CHIPWAYS)是一家汽车半导体芯片设计公司,专注于汽车智能核心芯片的研发与销售。公司主要产品包括汽车级MCU、汽车级电源管理芯片、汽车级传感器、汽车级V2X基带芯片等。公司核心团队主要来自原展讯核心团队成员、国际半导体和汽车行业资深专家,以及多位海归博士等。公司主要BMIC产品包括汽车级电池组监控器XL8812和汽车级电池组隔离器XL8820。XL8812具有AEC-Q100和ASIL-C功能安全认证,可测量多达7~14节串联电池,支持多芯片串联。支持0V~5V的电池测量范围和40℃~125℃的温度应用范围,可应用于新能源汽车等领域。

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