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)集團內(nèi)的每個電池單元，以確保安全高效的運行。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、筆記本電腦、工業(yè)、儲能和新能源汽車等眾多領(lǐng)域應(yīng)用的重要性日益凸顯。

無論是新能源汽車，還是儲能，對BMS來說最關(guān)鍵的技術(shù)就是電芯參數(shù)的采集和防護，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。前四家合計占據(jù)9成的市場份額，能提供車規(guī)級的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，帶動車規(guī)BMS AFE需求上量

近年來，全球新能源汽車市場滲透率持續(xù)增長，國際調(diào)研機構(gòu)Canalys預(yù)估2028年全球新能源汽車將達到3000萬輛。近日，Yole Group 旗下的 Yole Intelligence 發(fā)布預(yù)測，隨著全球新能源汽車在未來的持續(xù)滲透，BMS 市場總額將從 2022 年的 50 億美元飆升至 2028 年的近120億美元。在此期間，復(fù)合年增長率為 15.6%。到 2028 年，BMS AFE市場將超過20億美元。同年，微控制器市場將增加到約 13 億美元。到 2028 年，所需的各種傳感器應(yīng)該達到 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)在也有國內(nèi)電池管理芯片企業(yè)在消費級和工業(yè)級市場的產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)營收和量產(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BMS AFE市場，中國品牌廠商目前市場份額僅有兩成，車規(guī)級BMS芯片基本依賴進口，國產(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平臺需求8-10顆，單車價值300元左右，800V單車價值量翻倍，這塊目前國產(chǎn)替代率較低。

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

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

2023年，TI推出了BQ79718-Q1，此款電池監(jiān)測器符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)，具有非常先進的ADC架構(gòu)/測量系統(tǒng)，可測量9至18節(jié)串聯(lián)電池，最多可堆疊35個器件。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，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)測上將精度提升至1毫安的數(shù)量級，可以對磷酸鐵鋰這樣的電池進行高精度的監(jiān)測；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，錯誤狀態(tài)報錯等能力都能滿足客戶在汽車功能安全相關(guān)的要求；3、整個方案中電芯監(jiān)測產(chǎn)品與電池包監(jiān)測產(chǎn)品實現(xiàn)高精度同步，在設(shè)計中準(zhǔn)確監(jiān)測數(shù)據(jù)，對電池狀態(tài)的評估也更加準(zhǔn)確，對于汽車剩余里程的計算都有非常大的幫助。”

BQ79718-Q1可以支持400V系統(tǒng)和800V系統(tǒng)，產(chǎn)品以菊花鏈進行通信，能夠更方便傳輸?shù)诫姵毓芾韱卧羞M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就是集成了壓力和溫度補償功能，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具備多個功能特點：1、可同時監(jiān)測18串電池；2、最高耐壓可達120V，ESD功能強，無需外接保護即可支持正面熱插拔（由于其耐壓值高，內(nèi)部有保護）；3、集成應(yīng)力傳感器和溫度補償，采用數(shù)字補償算法，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個溫度采集通道；5、被動均衡電路最大可達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！測量精度優(yōu)于業(yè)界15%，打開新成長空間

BMS研發(fā)技術(shù)門檻高，前些年國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，BMS AFE芯片主要靠進口。隨著新能源汽車市場的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)業(yè)缺芯的背景下，新能源汽車、儲能領(lǐng)域BMS AFE芯片的進口替代，國內(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)用場景復(fù)雜，實際運行面臨各種失效問題，在新能源汽車的落地商用中，上海海思聯(lián)合國內(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)計和板級&系統(tǒng)方面的優(yōu)勢，攜手打造出色的AP2711 BMS AFE，支持7到14節(jié)電池檢測，62通信節(jié)點級聯(lián)。

AP2711在高低溫條件下，精度典型值優(yōu)于業(yè)界15%，該芯片測量精度達到1.5mV，高精度電流采樣達到千分之五精度，基準(zhǔn)溫漂典型值達到3ppm/°C的行業(yè)較高水平，關(guān)鍵性能比肩行業(yè)標(biāo)桿。整個電池系統(tǒng)，采用一顆配套的AP2710通信橋片即可實現(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)項目的開發(fā)實踐，AP2711還是國產(chǎn)芯片中少有的能夠支持高精度電流采樣功能，無需額外部署專用的電流檢測芯片，簡化板級設(shè)計，降低系統(tǒng)成本。上海海思還構(gòu)建了芯片級應(yīng)用解決方案，支持客戶快速上市。從客戶端實測反饋來看，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)鍵性能具有強競爭力。

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BMS AFE芯片BF8915A-1，該芯片具有16個通道，單體電壓測量誤差低于±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量、自主監(jiān)測、硬件過溫保護等功能于一體，系統(tǒng)設(shè)計更簡潔，成本更經(jīng)濟，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，是當(dāng)時國內(nèi)首款批量裝車應(yīng)用的車規(guī)級BMS AFE芯片。

據(jù)悉，比亞迪后面又推出了更新版的BF8915A-1，進一步提升了其精度，全溫度范圍內(nèi)精度可達±5mV；通道數(shù)仍然是16個；支持級聯(lián)，可實現(xiàn)多達數(shù)百個電壓信道和溫度信道的同時檢測。單個BF8915B-1具有2個串行差分通信端口，多個 BF8915B-1可通過菊花鏈通信連接，可實現(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。