電子發(fā)燒友原創(chuàng) 章鷹

電池管理系統(tǒng)（BMS）就像鋰離子電池組的“大腦”，它監(jiān)督和協(xié)調(diào)集團(tuán)內(nèi)的每個(gè)電池單元，以確保安全高效的運(yùn)行。模擬前端 （AFE） 是 BMS 中的關(guān)鍵組件，該監(jiān)控芯片具有多個(gè)采樣通道，可以監(jiān)控電壓和溫度以保持電池健康。BMS在智能手機(jī)、筆記本電腦、工業(yè)、儲(chǔ)能和新能源汽車等眾多領(lǐng)域應(yīng)用的重要性日益凸顯。

無(wú)論是新能源汽車，還是儲(chǔ)能，對(duì)BMS來(lái)說(shuō)最關(guān)鍵的技術(shù)就是電芯參數(shù)的采集和防護(hù)，即AFE技術(shù)。BMS AFE芯片技術(shù)門檻很高，由于涉及到產(chǎn)品安全，需要長(zhǎng)期深耕。在BMS AFE領(lǐng)域，全球核心模擬前端（AFE） 制造商主要包括ADI、TI、Renesas 和 NXP、Microchip Technology等。前四家合計(jì)占據(jù)9成的市場(chǎng)份額，能提供車規(guī)級(jí)的BMS AFE也為數(shù)不多，包括TI、ADI、英飛凌、NXP、瑞薩等。

2月18日，上海海思在官方微信宣布，自研BMS AFE芯片正式亮相。本文將集中為工程師分析BMS AFE芯片市場(chǎng)規(guī)模，并且為大家匯總四家大廠的BMS AFE芯片新品。

新能源汽車高速增長(zhǎng)，帶動(dòng)車規(guī)BMS AFE需求上量

近年來(lái)，全球新能源汽車市場(chǎng)滲透率持續(xù)增長(zhǎng)，國(guó)際調(diào)研機(jī)構(gòu)Canalys預(yù)估2028年全球新能源汽車將達(dá)到3000萬(wàn)輛。近日，Yole Group 旗下的 Yole Intelligence 發(fā)布預(yù)測(cè)，隨著全球新能源汽車在未來(lái)的持續(xù)滲透，BMS 市場(chǎng)總額將從 2022 年的 50 億美元飆升至 2028 年的近120億美元。在此期間，復(fù)合年增長(zhǎng)率為 15.6%。到 2028 年，BMS AFE市場(chǎng)將超過(guò)20億美元。同年，微控制器市場(chǎng)將增加到約 13 億美元。到 2028 年，所需的各種傳感器應(yīng)該達(dá)到 35 億美元。


在電池管理芯片行業(yè)，歐美廠商TI、ADI、瑞薩和NXP占據(jù)大頭。但是現(xiàn)在也有國(guó)內(nèi)電池管理芯片企業(yè)在消費(fèi)級(jí)和工業(yè)級(jí)市場(chǎng)的產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)營(yíng)收和量產(chǎn)，比如杰華特、比亞迪半導(dǎo)體、茂睿芯、創(chuàng)芯微、中微半導(dǎo)體等。但是在車規(guī)級(jí)BMS AFE市場(chǎng)，中國(guó)品牌廠商目前市場(chǎng)份額僅有兩成，車規(guī)級(jí)BMS芯片基本依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)替代空間巨大。

專家表示，AFE是模擬前端，是BMS芯片的重要部件。400V平臺(tái)需求8-10顆，單車價(jià)值300元左右，800V單車價(jià)值量翻倍，這塊目前國(guó)產(chǎn)替代率較低。

TI發(fā)布支持18串的車規(guī)級(jí)BMS AFE，為中國(guó)本土客戶量身定制

TI作為國(guó)際模擬芯片的領(lǐng)先公司之一，在AFE技術(shù)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，產(chǎn)品覆蓋低壓到高壓。比如說(shuō)，筆記本電腦、醫(yī)療與測(cè)試設(shè)備、便攜式儀表適用的1串~4串BQ40z50-R1，適用兩輪車、基站儲(chǔ)能電池的3串～15串BQ76930，最高6串的車規(guī)級(jí)BQ756506-Q1，最高18串的車規(guī)級(jí)BQ79718-Q1。

2023年，TI推出了BQ79718-Q1，此款電池監(jiān)測(cè)器符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)，具有非常先進(jìn)的ADC架構(gòu)/測(cè)量系統(tǒng)，可測(cè)量9至18節(jié)串聯(lián)電池，最多可堆疊35個(gè)器件。每節(jié)電池均具有專用ADC，精度為±1mV，電池電壓和電池組電流測(cè)量同步至64us。

相比德州儀器之前發(fā)布的BQ79616-Q1的16節(jié)串聯(lián)電池監(jiān)控，BQ79718-Q1支持18節(jié)串聯(lián)電池的監(jiān)測(cè)，德州儀器應(yīng)用技術(shù)經(jīng)理表示：“這次產(chǎn)品更新迭代主要三大方面：1、在電池電芯監(jiān)測(cè)上將精度提升至1毫安的數(shù)量級(jí)，可以對(duì)磷酸鐵鋰這樣的電池進(jìn)行高精度的監(jiān)測(cè)；2、則在功能安全方面。此次新品完全支持 ASIL-D的要求，如冗余設(shè)計(jì)，錯(cuò)誤狀態(tài)報(bào)錯(cuò)等能力都能滿足客戶在汽車功能安全相關(guān)的要求；3、整個(gè)方案中電芯監(jiān)測(cè)產(chǎn)品與電池包監(jiān)測(cè)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高精度同步，在設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)電池狀態(tài)的評(píng)估也更加準(zhǔn)確，對(duì)于汽車剩余里程的計(jì)算都有非常大的幫助?！?br />
BQ79718-Q1可以支持400V系統(tǒng)和800V系統(tǒng)，產(chǎn)品以菊花鏈進(jìn)行通信，能夠更方便傳輸?shù)诫姵毓芾韱卧羞M(jìn)行處理。

英飛凌推出全新TLE9018DQK AFE采集解決方案

2024年，英飛凌推出了全新的TLE9018DQK AFE方案。據(jù)悉，英飛凌的AFE采集方案早期主要以TLE9012為主，而這款芯片相比于其他芯片最大的特點(diǎn)就是集成了壓力和溫度補(bǔ)償功能，該功能使得芯片在特殊環(huán)境下也能保持良好的采集精度。

TLE9018DQK AFE具備多個(gè)功能特點(diǎn)：1、可同時(shí)監(jiān)測(cè)18串電池；2、最高耐壓可達(dá)120V，ESD功能強(qiáng)，無(wú)需外接保護(hù)即可支持正面熱插拔（由于其耐壓值高，內(nèi)部有保護(hù)）；3、集成應(yīng)力傳感器和溫度補(bǔ)償，采用數(shù)字補(bǔ)償算法，產(chǎn)品在各種復(fù)雜環(huán)境下仍能保持較高的采集精度。4、集成8個(gè)溫度采集通道；5、被動(dòng)均衡電路最大可達(dá)300mA；6、通訊方式支持電容耦合、變壓器耦合。

上海海思發(fā)布高精度BMS AFE！測(cè)量精度優(yōu)于業(yè)界15%，打開(kāi)新成長(zhǎng)空間

BMS研發(fā)技術(shù)門檻高，前些年國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，BMS AFE芯片主要靠進(jìn)口。隨著新能源汽車市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)業(yè)缺芯的背景下，新能源汽車、儲(chǔ)能領(lǐng)域BMS AFE芯片的進(jìn)口替代，國(guó)內(nèi)企業(yè)躍躍欲試。2025年2月18日，上海海思宣布，AP2711 BMS AFE芯片在新能源車高質(zhì)量發(fā)展浪潮的背景下誕生，同步量產(chǎn)配套的AP2710通信橋片。

據(jù)海思介紹，由于BMS AFE芯片應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜，實(shí)際運(yùn)行面臨各種失效問(wèn)題，在新能源汽車的落地商用中，上海海思聯(lián)合國(guó)內(nèi)頭部企業(yè)力高新能源聯(lián)合創(chuàng)新，結(jié)合雙方在芯片設(shè)計(jì)和板級(jí)&系統(tǒng)方面的優(yōu)勢(shì)，攜手打造出色的AP2711 BMS AFE，支持7到14節(jié)電池檢測(cè)，62通信節(jié)點(diǎn)級(jí)聯(lián)。

AP2711在高低溫條件下，精度典型值優(yōu)于業(yè)界15%，該芯片測(cè)量精度達(dá)到1.5mV，高精度電流采樣達(dá)到千分之五精度，基準(zhǔn)溫漂典型值達(dá)到3ppm/°C的行業(yè)較高水平，關(guān)鍵性能比肩行業(yè)標(biāo)桿。整個(gè)電池系統(tǒng)，采用一顆配套的AP2710通信橋片即可實(shí)現(xiàn)菊花鏈回環(huán)架構(gòu)，支持雙向通信，保障鏈路可靠性。

另外，基于內(nèi)部車規(guī)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)實(shí)踐，AP2711還是國(guó)產(chǎn)芯片中少有的能夠支持高精度電流采樣功能，無(wú)需額外部署專用的電流檢測(cè)芯片，簡(jiǎn)化板級(jí)設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)成本。上海海思還構(gòu)建了芯片級(jí)應(yīng)用解決方案，支持客戶快速上市。從客戶端實(shí)測(cè)反饋來(lái)看，該芯片的采集精度、菊花鏈通信、抗浪涌能力、亂序熱插拔等關(guān)鍵性能具有強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

比亞迪半導(dǎo)體推出更新版BF8915A-1，提升精度和通信性能

比亞迪半導(dǎo)體早在2021年就量產(chǎn)了第一代車規(guī)級(jí)BMS AFE芯片BF8915A-1，該芯片具有16個(gè)通道，單體電壓測(cè)量誤差低于±3mV、支持回環(huán)菊花鏈通信、滿足AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，它集成了電壓和溫度測(cè)量、自主監(jiān)測(cè)、硬件過(guò)溫保護(hù)等功能于一體，系統(tǒng)設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔，成本更經(jīng)濟(jì)，在功能安全、均衡電流、性能、可靠性、成本等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)首款批量裝車應(yīng)用的車規(guī)級(jí)BMS AFE芯片。

據(jù)悉，比亞迪后面又推出了更新版的BF8915A-1，進(jìn)一步提升了其精度，全溫度范圍內(nèi)精度可達(dá)±5mV；通道數(shù)仍然是16個(gè)；支持級(jí)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)多達(dá)數(shù)百個(gè)電壓信道和溫度信道的同時(shí)檢測(cè)。單個(gè)BF8915B-1具有2個(gè)串行差分通信端口，多個(gè) BF8915B-1可通過(guò)菊花鏈通信連接，可實(shí)現(xiàn)高速率、高抗干擾的局域通信，這種菊花鏈通信可以雙向操作，以確保通信的完整性。