汽車應(yīng)用火熱依舊，儲能行業(yè)乘勢而起，熱門賽道電芯監(jiān)測芯片加速放量

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）從20世紀(jì)90年代鋰電池開始大規(guī)模商用進(jìn)入人們的生活，到現(xiàn)在鋰電池的應(yīng)用已經(jīng)覆蓋了我們絕大部分生活場景。在消費(fèi)領(lǐng)域，工業(yè)領(lǐng)域，以及汽車領(lǐng)域，都有著鋰電池的身影，它為各類設(shè)備提供著能源動力。

決定鋰電池性能最重要的一環(huán)，就是電芯。一般來說，電芯由正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)和隔膜等構(gòu)成，再通過與其他組件結(jié)合構(gòu)成電池。為了確保電子設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，高效地監(jiān)測和管理電芯以及由電芯組成的電池這一環(huán)節(jié)必不可少。

提升可靠性的核心電池管理系統(tǒng)與芯片

任何使用電池供電的電子設(shè)備，都需要電池管理系統(tǒng)為電芯以及由電芯組成的電池保駕護(hù)航，電池管理系統(tǒng)之下又分了很多子系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)既要能夠大幅度提高電池的使用率，也要對電池的安全性負(fù)責(zé)。

電池管理系統(tǒng)中的很多功能需要通過專用的芯片來實(shí)現(xiàn)，如電池監(jiān)測芯片、電池保護(hù)芯片、電量計(jì)量芯片、充電芯片、電池認(rèn)證芯片、電池均衡芯片。

保護(hù)芯片負(fù)責(zé)為電池系統(tǒng)提供全面的保護(hù)；電量計(jì)芯片采集電池外部特征通過算法對SOC/SOH進(jìn)行評估；充電芯片實(shí)現(xiàn)電源路徑管理（PPM）和充放電控制功能；認(rèn)證芯片進(jìn)行電池與設(shè)備的匹配認(rèn)證；均衡芯片用于電池組對電量進(jìn)行均衡。

電池監(jiān)測芯片則負(fù)責(zé)對電池參數(shù)進(jìn)行高精度監(jiān)測，并通過通訊接口將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給主控芯片。不論是單電芯還是多芯電池包，監(jiān)測芯片能夠?yàn)槠涮峁╇娀瘜W(xué)阻抗譜測試、電壓、電流等高精度監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)對電池性能的全面評估。

電池監(jiān)測芯片意義在于讓所有電芯安全地充電到盡可能高的容量，確保整個(gè)電池包獲得最大的可儲存能量，充分提高電池供電設(shè)備的續(xù)航能力。

在高串?dāng)?shù)多芯數(shù)的系統(tǒng)中，往往監(jiān)測芯片會將均衡功能集成起來，監(jiān)測芯片內(nèi)集成的這一均衡方案通常是使用無源器件的均衡。能進(jìn)一步降低損耗、提升系統(tǒng)可用容量的主動均衡仍然由專用的均衡芯片提供。

汽車與儲能，熱門電芯/電池監(jiān)測賽道新挑戰(zhàn)

電池管理芯片作為電池的核心半導(dǎo)體器件，在這個(gè)電動化的時(shí)代需求一直很旺盛，尤其是隨著新能源汽車、儲能、工控等領(lǐng)域電動化技術(shù)的快速發(fā)展，相關(guān)電池管理芯片進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)期。

汽車電池管理芯片自不必多說，是近幾年絕對熱門的芯片市場。而此前電子發(fā)燒友網(wǎng)的分析報(bào)告中也報(bào)道過2023年儲能BMS電池管理芯片正在大規(guī)模起量，在消費(fèi)電子需求不振的情況下逐漸成為市場新增長點(diǎn)。

根據(jù)財(cái)通證券研究所的數(shù)據(jù)，2021年全球儲能BMIC市場規(guī)模約0.45億美元，預(yù)計(jì)到2026年儲能BMIC市場規(guī)模將達(dá)到6.91億美元，五年年復(fù)合增長率達(dá)到72.34%。這些儲能相關(guān)的電池管理相關(guān)芯片中，又以監(jiān)測芯片、計(jì)量芯片和均衡芯片的出貨量增加最為明顯。

兩個(gè)火爆的市場，也催生了電芯監(jiān)測/電池監(jiān)測上新的挑戰(zhàn)。在電動汽車中，油箱這種單個(gè)儲能元件變?yōu)榱擞蓴?shù)百個(gè)串聯(lián)的鋰離子電芯組成的電池包。這些電芯如果沒有在嚴(yán)格控制的范圍內(nèi)工作，電芯的容量和壽命會隨著時(shí)間和工作條件的變化而減少和改變，進(jìn)而影響汽車電池包的容量、安全性、可靠性和使用壽命等關(guān)鍵特性。

儲能系統(tǒng)同樣如此，內(nèi)部電池?cái)?shù)量眾多，GWh級別的儲能電站內(nèi)部電芯數(shù)量達(dá)到了上百萬個(gè)，一旦某個(gè)單體電芯出現(xiàn)熱失控，大規(guī)模的連鎖反應(yīng)將帶來極大損失?？梢哉f在大規(guī)模的儲能系統(tǒng)中，監(jiān)測需求比電動汽車中更為嚴(yán)苛。

這兩個(gè)系統(tǒng)中，確定電芯荷電狀態(tài)的準(zhǔn)確性直接決定了電池系統(tǒng)的好壞。而要想準(zhǔn)確連續(xù)地測量并監(jiān)測緊密結(jié)合在一起的一長串高壓電池串中的所有電芯，絕非易事。這兩個(gè)場景的高電壓環(huán)境，需要電子器件本身進(jìn)行電氣隔離，還需要在測量時(shí)避免逆變器、執(zhí)行器、開關(guān)、繼電器等產(chǎn)生的高電氣噪聲的影響。

這些高可靠性的高精度的單電芯監(jiān)測芯片、電池包監(jiān)測芯片是讓所有電芯安全地充電到盡可能高的容量，確保整個(gè)電池包獲得最大的可儲存能量并保證可靠性的關(guān)鍵。不少廠商都針對汽車和儲能賽道進(jìn)一步增強(qiáng)了監(jiān)測芯片的性能以應(yīng)對這些正在迅速起量的市場。

高保真的測量是監(jiān)測芯片的關(guān)鍵特性，以全球模擬芯片巨頭ADI的單芯監(jiān)測、多芯監(jiān)測ADBMS68xx系列為例，就是非常典型的汽車和儲能應(yīng)用電芯監(jiān)測芯片。高性能ADC作為測量的底座才能盡量減少測量結(jié)果的混疊，為了應(yīng)對汽車和儲能環(huán)境下的極端電氣噪聲，芯片中引入的可編程無限脈沖響應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)更高的降噪效果，確保高精度的測量結(jié)果。

監(jiān)測芯片的另一個(gè)關(guān)鍵特性在于同步性，在電壓和電流的測量間更好的同步性能讓測量結(jié)果同步的時(shí)延非常小，這對于設(shè)備當(dāng)前參數(shù)的計(jì)算非常重要，將影響后續(xù)整個(gè)評估。另一家模擬芯片巨頭TI今年推出的汽車電芯監(jiān)測芯片BQ79718-Q1就在高精度測量的基礎(chǔ)上，將同步性進(jìn)一步做了增強(qiáng)，電池電壓和電池包電流測量同步至64us，這種同步將為后續(xù)的評估提供準(zhǔn)確的參數(shù)，對電池性能的提高和安全有著重要意義。

同時(shí)，電芯作為一種電化學(xué)產(chǎn)品，本身并不會因?yàn)椴皇褂枚幱诙栊誀顟B(tài)。即便電動汽車或者儲能電池系統(tǒng)并不處于工作狀態(tài)，電芯仍在向老化靠近。所以持續(xù)監(jiān)測這些電芯也是給監(jiān)測芯片提出的難題。為此不少廠商都在推進(jìn)低功耗的電芯監(jiān)控技術(shù)，在關(guān)斷狀態(tài)下定期自動檢查電芯的關(guān)鍵參數(shù)，監(jiān)控電池的安全性。

在汽車和儲能電芯監(jiān)測芯片的技術(shù)發(fā)展中，集成度的提高是一個(gè)很明顯的趨勢，這也是模擬IC發(fā)展的風(fēng)向。在監(jiān)測芯片內(nèi)集成溫度傳感，很多廠商都已經(jīng)推出了相關(guān)產(chǎn)品，這樣能直接進(jìn)行測量電芯的溫度，無需額外的元件和外圍電路，有利于簡化監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。保護(hù)、均衡等更多功能的集成在監(jiān)測芯片中也越來越常見。

寫在最后
電芯監(jiān)測芯片和其他電池管理芯片一樣，技術(shù)門檻較高，對高精度低噪聲的采樣和BCD工藝的要求很高，國內(nèi)外廠商的實(shí)力都很直觀地反映在電芯監(jiān)測芯片產(chǎn)品的性能和集成性上。汽車和儲能應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展帶動了BMS電池管理芯片的需求大漲，電芯監(jiān)測芯片作為提升設(shè)備電池性能和確保安全性的重要部分也在市場需求的推動下快速起量，是未來值得電源管理芯片廠商拓展布局的一個(gè)產(chǎn)品方向。