Qorvo推出業(yè)界首個以單芯片支持高達20串電芯精確管理的BMS解決方案

受消費電子、新能源汽車、電動工具、電動兩輪車等應用端需求持續(xù)旺盛，鋰電池應用已經進入人們生活的方方面面。同時，隨著低碳可持續(xù)發(fā)展的逐步推進，光伏儲能市場持續(xù)擴大，電動船舶、電動飛行器等新興應用領域逐漸發(fā)展，繼而帶動鋰電池產業(yè)規(guī)模不斷擴大。

研究機構EVTank、伊維經濟研究院聯(lián)合中國電池產業(yè)研究院共同發(fā)布的《中國鋰離子電池行業(yè)發(fā)展白皮書（2024年）》數(shù)據(jù)顯示，2023年，全球鋰離子電池總體出貨量1202.6GWh，同比增長25.6%。

電池高效運作的背后，離不開內部電池管理系統(tǒng)（BMS）的參與。日前，全球領先的連接和電源解決方案供應商Qorvo在京舉辦以“春光作序，萬物更‘芯’”為主題的媒體日。

Qorvo致力于提供各種創(chuàng)新半導體解決方案，面向全球多個快速增長的細分市場，包括消費電子、智能家居/物聯(lián)網(wǎng)、汽車、電動汽車、電池供電設備、網(wǎng)絡基礎設施、醫(yī)療保健和航空航天/國防等。其中，在BMS領域，Qorvo展示了多項創(chuàng)新成果并與電池網(wǎng)深入探討相關技術與市場動態(tài)。

技術沉淀，成就BMS實力玩家

能夠看到的是，由于更為靈活高效，目前已經有越來越多的設備開始從傳統(tǒng)的交流供電轉換為電池供電，疊加全球減碳風向，更為綠色的供電方式成為首選。因此，在這種背景下，能夠確保電池安全、穩(wěn)定和使用壽命的BMS，逐漸成為業(yè)界關注的焦點。

通俗地講，BMS就是一套管理、控制、使用電池包的系統(tǒng)。根據(jù)應用電壓不同，BMS通常以48V為中線分為高壓系統(tǒng)（大于48V）及低壓系統(tǒng)（小于48V），其中高壓系統(tǒng)主要應用在新能源汽車、儲能等領域；低壓系統(tǒng)則主要面向電動工具、電動兩輪車等領域。常規(guī)的BMS產品對于電池電壓、溫度等檢測方式近乎一致，可以實時監(jiān)控采集電池的狀態(tài)參數(shù)。

由于BMS在電池領域重要性愈加明顯，從長遠發(fā)展來看，未來市場集中度提升，BMS廠商或將面臨競爭加劇壓力，而芯片則將是企業(yè)突破的關鍵點。

Qorvo的BMS方案注重集成化設計，通過將Fuel Gauging、SOC、SOH等算法集成到芯片內部，有效提高數(shù)據(jù)采集和計算的精度與速度，提升電池管理系統(tǒng)的靈活性。

據(jù)悉，Qorvo將高性能MCU和模擬前端（AFE）整合到單個芯片中，不僅簡化了系統(tǒng)架構，也提高了系統(tǒng)性能、可靠性和智能化水平。同時，這是業(yè)界首個能夠以單芯片支持高達20串電芯精確管理的BMS解決方案。

Qorvo資深客戶經理Yichi Zhang（張亦弛）在媒體日現(xiàn)場表示：“Qorvo的單芯片電池管理解決方案采用數(shù)?；旌霞夹g，并集成控制器、存儲和通信接口，可為多達20個串聯(lián)電芯的電池組（鋰離子、鋰聚合物和磷酸鐵鋰）提供全面的充放電控制和監(jiān)測。借助豐富的軟硬件開發(fā)資源，該方案能夠極大地減少客戶開發(fā)周期，降低產品成本，同時提升產品的可靠性和靈活性。”

張亦弛與電池網(wǎng)交流時提到，Qorvo是在2021年左右開始規(guī)劃BMS產品，有客戶曾表示現(xiàn)有的分立BMS產品可能沒有辦法很好地滿足應用需求，而Qorvo在單顆芯片方案上有很多年的經驗，所以希望Qorvo提供一個單顆BMS方案。

截至目前，Qorvo BMS芯片產品已經量產兩個系列：PAC2214x和PAC2514x，這兩系列產品均采用單芯片方案。其中，PAC2214x內置Arm Cortex-M0 MCU，主頻50MHZ，F(xiàn)lash容量為32KB；PAC2514x則采用Arm Cortex-M4 MCU，主頻提升至150MHZ，F(xiàn)lash容量為128KB。

針對電池所需的安全和長續(xù)航的兩大需求，Qorvo BMS芯片從充放電管理、短路保護、過流過壓保護、電池監(jiān)控、電池均衡、低功耗控制這六大功能為基礎，優(yōu)化和管理電池效率和壽命。

據(jù)了解，Qorvo這兩款BMS芯片于2023年正式進入量產狀態(tài)，由于Qorvo最早的關注點在于電池包在工具行業(yè)的應用，因此第一代產品主要應用于園林工具以及電動兩輪車領域。

值得一提的是，在電動兩輪車上常見到的是48V、60V和72V供電，Qorvo的BMS單芯片最高支持20串的特性就可以通過單顆芯片覆蓋客戶不同電壓完整的應用需求，可以實現(xiàn)不同電壓的兼容設計。

極致安全，單芯片提供更優(yōu)方案

根據(jù)國家消防救援局的統(tǒng)計，2023年全國共接報電動自行車火災2.5萬余起，造成82人死亡。

在新國標的實施、綠色出行等因素推動下，電動自行車鋰電池市場需求呈快速增長態(tài)勢。但由于產品質量問題、違規(guī)停放、充電不規(guī)范（過度充電、線路老化、充電器使用不當?shù)龋?、安全意識不強等原因，電動自行車火災呈多發(fā)頻發(fā)趨勢。

當前，市場上銷售的電動自行車電池主要以鉛酸蓄電池和鋰電池為主，一般來說，鋰電池出現(xiàn)的安全問題主要表現(xiàn)為燃燒甚至爆炸，根源在于電池內部的熱失控。

安全事故頻發(fā)，電池包的安全性愈發(fā)受到關注。在張亦弛看來，電池包的安全性主要來源于兩個考慮點，第一個考慮點是電芯本身的質量是好是壞；第二個便是電池管理系統(tǒng)的保護功能和可靠性，該系統(tǒng)在電池包里起到一個核心的類似大腦一樣的作用，可判斷當前電芯是不是進入危險狀態(tài)，是不是要立即執(zhí)行保護或者預警的功能。

對于Qorvo的BMS方案來說，一大優(yōu)勢是有高性能的模擬前端AFE，基于分辨率高達16bit的ADC可以很精確采樣各個通道的電壓、電流狀態(tài)。同時，這個狀態(tài)采集牽扯到第二點優(yōu)勢——高實時性，Qorvo的BMS方案不需要通過其他芯片來做輔助判斷，MCU直接可以通過電芯采樣，以及其他連接到MCU的相關傳感器采樣，很快執(zhí)行電芯相關狀態(tài)運算，完成電芯的監(jiān)控、保護功能。

目前，BMS行業(yè)參與企業(yè)大體分為3種類型：電池廠商、汽車整車企業(yè)、專業(yè)第三方BMS企業(yè)。

其中，像寧德時代等電池廠商以及比亞迪等整車企業(yè)，主要以自主研發(fā)和合作開發(fā)的方式開展BMS業(yè)務。不過，由于第三方BMS企業(yè)研發(fā)資源更集中，部分電池廠商則表示更希望專注于電芯研發(fā)，將研發(fā)精力都放在主營業(yè)務上，通過外采專業(yè)的BMS進行配套。

在張亦弛看來，目前確實有部分客戶考慮做自己的BMS芯片，但由于各行業(yè)所關注的核心問題不一樣，所發(fā)揮的優(yōu)勢也不一樣。Qorvo是一個專業(yè)的芯片供應商，最大的優(yōu)勢便在于Qorvo擁有資深和強大的芯片開發(fā)團隊以及積累了長期客戶服務的經驗，所以Qorvo可以在理解客戶應用需求的情況下，在最短的時間內開發(fā)出匹配客戶系統(tǒng)或者應用的產品。

儲能爆發(fā)，差異化產品提供價值

2023年是業(yè)界公認的工商業(yè)儲能元年，由于應用場景廣泛，并隨著峰谷電價、電力現(xiàn)貨等利好政策發(fā)布，新型儲能的商業(yè)模式日漸成熟，系統(tǒng)初始投資成本持續(xù)降低。

同時，隨著全球能源轉型戰(zhàn)略的持續(xù)推進以及各國政府對家庭儲能的政策支持和補貼，以歐美為主要市場的全球家庭儲能裝機量將繼續(xù)保持上升的趨勢。

除了電動工具和電動兩輪車以外，Qorvo也在把BMS產品逐步向其他應用推廣，比如乘用車市場以及儲能市場。

“Qorvo的BMS芯片對于單節(jié)電芯電壓輸入范圍還是比較寬的，對于不同類型的電芯都可以支持，后續(xù)會在現(xiàn)有的10-20串的基礎上，擴展到更低串數(shù)并完善產品的可堆疊化設計?！?/p>

談及進入儲能市場，電池網(wǎng)注意到，隨著儲能行業(yè)爆發(fā)式增長，部分原先做動力電池BMS的企業(yè)也已紛紛轉行做儲能BMS，且跨界入局儲能領域的BMS企業(yè)也正在變多，打法思路既有良性共促的也有性質惡劣的，市場競爭也愈演愈烈。

“越來越多的競爭對手進入BMS行業(yè)是大家最關心的問題，會不會說市場一下變成紅海，最后變成一個以價格戰(zhàn)為主的市場?！痹趶堃喑诳磥?，在儲能領域，客戶明顯地要把第一優(yōu)先級放在產品本身的可靠性和穩(wěn)定性上，客戶的需求已經不再是單一的電芯管理和保護，對連接、數(shù)據(jù)安全、智能化包括電芯的功能安全上也有更多的需求，單純以價格取勝最終會被淘汰出局，更高的產品價值才是BMS發(fā)展的正確方向。

目前，隨著百MWh級大型儲能電站，甚至GWh級儲能電站的大批量建設應用，想要實現(xiàn)大量儲能電池串并聯(lián)狀態(tài)下的高效管理，對于BMS技術要求十分之高，電池單體的細微之處便會影響到系統(tǒng)的整體性能壽命包括經濟性。

張亦弛認為，Qorvo現(xiàn)在的無線產品線以及傳感器產品線，后續(xù)或許可以與BMS方案相結合，從而在提升電池包安全及可連接性方面可以給客戶比較大的幫助。公司提供的BMS產品一定是有價值的，獨到的、差異化的產品，只要產品可以提供對應的價值，并不用擔心有越來越多的競爭對手進入這個領域。

“儲能市場是每一個BMS供應商都想進入的一個領域，因為市場容量、市場趨勢，以及市場需求都遠遠高于其他電池應用領域?！睆堃喑趶娬{，“相信我們很快就會看到Qorvo在儲能領域BMS的進展和成果?！?/p>

著眼未來，Qorvo持續(xù)創(chuàng)新突破

目前BMS主要是通過有線方式實現(xiàn)通信連接，尤其是對于大型電池系統(tǒng)而言，需要大量布線完成通信及隔離。但隨著電池技術的不斷發(fā)展，有線連接的方式會在成本上不斷提高，可靠性、重量和裝配難度的劣勢也會逐漸出現(xiàn)。

因此，市場正在推動無線BMS技術進入驗證和規(guī)模應用階段。

張亦弛也講到，對于傳統(tǒng)的菊花鏈電池系統(tǒng)來說，最大的挑戰(zhàn)，第一是線束成本，大型電池系統(tǒng)同時工作，線束所占的成本和空間，要遠比想象的要大；第二是線束老化問題，尤其是一些偏遠、國外人力成本比較高的地區(qū)，也是一個比較大的負擔；第三，便是線束的組裝、維護以及更換，需要人為干預的過程都有一定的電池組高壓安全風險。

也正因如此，Qorvo前瞻性地對有線BMS進行無線化，通過MCU內部集成藍牙等協(xié)議的無線通信模塊，提升電池管理系統(tǒng)的靈活性與智能化水平。

“預計在今年晚一些時候，我們就可以看到相關的無線BMS樣品?！睆堃喑趶娬{，Qorvo很早就布局了無線產品，利用BMS現(xiàn)有的SiP架構進行升級迭代對于Qorvo來說并不存在門檻。

值得注意的是，雖然液態(tài)鋰電池在近些年行業(yè)發(fā)展過程中依舊是市場應用主力軍，但固態(tài)電池、鈉電池、釩電池等下一代電池技術路線正在迎來高速成長期。目前，半固態(tài)電池及鈉電池已經逐步進入商業(yè)化運用階段，尤其是鈉電池在產品研發(fā)、產能建設、產業(yè)鏈培養(yǎng)、客戶驗證、良品率的提升以及示范項目的推廣方面都取得了階段性成果。

據(jù)了解，Qorvo在推動BMS業(yè)務的時候就已經充分關注到了固態(tài)電池、鈉電池等其他電池技術的發(fā)展方向。張亦弛介紹，不同的電池技術路線，可能在材料或結構上面會有一些變革，但最后反應到電池管理系統(tǒng)上面來，主要還是對電芯輸入電壓、電芯保護、電芯數(shù)量等參數(shù)的考量。

目前，Qorvo的BMS在兩個基本點上已經滿足了客戶的需求，首先就是單電芯的寬電壓域的支持；其次是高精度ADC可以提供有效的電芯監(jiān)控和保護?；谶@兩點，Qorvo跟客戶緊密配合，根據(jù)客戶在產品規(guī)劃上的需求，靈活地對BMS產品線進行調整。

“目前看下來，在電池材料切換過程中Qorvo的BMS并不存在天然的障礙?！睆堃喑谥v道。

結語

展望未來，EVTank預計，全球鋰離子電池出貨量在2025年和2030年將分別達到1926.0GWh和5004.3GWh。

鋰電池行業(yè)繁榮發(fā)展的背后也存在著諸多難點，目前在BMS領域優(yōu)秀級別的玩家仍是鳳毛麟角。正如張亦弛所言，滿足客戶的功能需求很簡單，大家都能做，但是涉及產品本身的質量和可靠性的時候，就需要對供應商的長期驗證過程，包括在BMS以外的產品在市面上是否具有良好質量口碑的過程，這個其實是一個更艱難和更長期的考驗。

Qorvo作為在半導體行業(yè)占有重要地位的跨國公司，通過BMS產品在未來電池領域又將迸發(fā)出怎樣的火花？我們拭目以待

*文章來源：電池網(wǎng)

審核編輯：劉清