汽车应用火热依旧，储能行业乘势而起，热门赛道电芯监测芯片加速放量

电子发烧友网报道（文/李宁远）从20世纪90年代锂电池开始大规模商用进入人们的生活，到现在锂电池的应用已经覆盖了我们绝大部分生活场景。在消费领域，工业领域，以及汽车领域，都有着锂电池的身影，它为各类设备提供着能源动力。

决定锂电池性能最重要的一环，就是电芯。一般来说，电芯由正极材料、负极材料、电解质和隔膜等构成，再通过与其他组件结合构成电池。为了确保电子设备的稳定性和可靠性，高效地监测和管理电芯以及由电芯组成的电池这一环节必不可少。

提升可靠性的核心电池管理系统与芯片

任何使用电池供电的电子设备，都需要电池管理系统为电芯以及由电芯组成的电池保驾护航，电池管理系统之下又分了很多子系统，电池管理系统既要能够大幅度提高电池的使用率，也要对电池的安全性负责。

电池管理系统中的很多功能需要通过专用的芯片来实现，如电池监测芯片、电池保护芯片、电量计量芯片、充电芯片、电池认证芯片、电池均衡芯片。

保护芯片负责为电池系统提供全面的保护；电量计芯片采集电池外部特征通过算法对SOC/SOH进行评估；充电芯片实现电源路径管理（PPM）和充放电控制功能；认证芯片进行电池与设备的匹配认证；均衡芯片用于电池组对电量进行均衡。

电池监测芯片则负责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芯片。不论是单电芯还是多芯电池包，监测芯片能够为其提供电化学阻抗谱测试、电压、电流等高精度监测，从而实现对电池性能的全面评估。

电池监测芯片意义在于让所有电芯安全地充电到尽可能高的容量，确保整个电池包获得最大的可储存能量，充分提高电池供电设备的续航能力。

在高串数多芯数的系统中，往往监测芯片会将均衡功能集成起来，监测芯片内集成的这一均衡方案通常是使用无源器件的均衡。能进一步降低损耗、提升系统可用容量的主动均衡仍然由专用的均衡芯片提供。

汽车与储能，热门电芯/电池监测赛道新挑战

电池管理芯片作为电池的核心半导体器件，在这个电动化的时代需求一直很旺盛，尤其是随着新能源汽车、储能、工控等领域电动化技术的快速发展，相关电池管理芯片进入了快速发展的时期。

汽车电池管理芯片自不必多说，是近几年绝对热门的芯片市场。而此前电子发烧友网的分析报告中也报道过2023年储能BMS电池管理芯片正在大规模起量，在消费电子需求不振的情况下逐渐成为市场新增长点。

根据财通证券研究所的数据，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，五年年复合增长率达到72.34%。这些储能相关的电池管理相关芯片中，又以监测芯片、计量芯片和均衡芯片的出货量增加最为明显。

两个火爆的市场，也催生了电芯监测/电池监测上新的挑战。在电动汽车中，油箱这种单个储能元件变为了由数百个串联的锂离子电芯组成的电池包。这些电芯如果没有在严格控制的范围内工作，电芯的容量和寿命会随着时间和工作条件的变化而减少和改变，进而影响汽车电池包的容量、安全性、可靠性和使用寿命等关键特性。

储能系统同样如此，内部电池数量众多，GWh级别的储能电站内部电芯数量达到了上百万个，一旦某个单体电芯出现热失控，大规模的连锁反应将带来极大损失。可以说在大规模的储能系统中，监测需求比电动汽车中更为严苛。

这两个系统中，确定电芯荷电状态的准确性直接决定了电池系统的好坏。而要想准确连续地测量并监测紧密结合在一起的一长串高压电池串中的所有电芯，绝非易事。这两个场景的高电压环境，需要电子器件本身进行电气隔离，还需要在测量时避免逆变器、执行器、开关、继电器等产生的高电气噪声的影响。

这些高可靠性的高精度的单电芯监测芯片、电池包监测芯片是让所有电芯安全地充电到尽可能高的容量，确保整个电池包获得最大的可储存能量并保证可靠性的关键。不少厂商都针对汽车和储能赛道进一步增强了监测芯片的性能以应对这些正在迅速起量的市场。

高保真的测量是监测芯片的关键特性，以全球模拟芯片巨头ADI的单芯监测、多芯监测ADBMS68xx系列为例，就是非常典型的汽车和储能应用电芯监测芯片。高性能ADC作为测量的底座才能尽量减少测量结果的混叠，为了应对汽车和储能环境下的极端电气噪声，芯片中引入的可编程无限脉冲响应滤波器实现更高的降噪效果，确保高精度的测量结果。

监测芯片的另一个关键特性在于同步性，在电压和电流的测量间更好的同步性能让测量结果同步的时延非常小，这对于设备当前参数的计算非常重要，将影响后续整个评估。另一家模拟芯片巨头TI今年推出的汽车电芯监测芯片BQ79718-Q1就在高精度测量的基础上，将同步性进一步做了增强，电池电压和电池包电流测量同步至64us，这种同步将为后续的评估提供准确的参数，对电池性能的提高和安全有着重要意义。

同时，电芯作为一种电化学产品，本身并不会因为不使用而处于惰性状态。即便电动汽车或者储能电池系统并不处于工作状态，电芯仍在向老化靠近。所以持续监测这些电芯也是给监测芯片提出的难题。为此不少厂商都在推进低功耗的电芯监控技术，在关断状态下定期自动检查电芯的关键参数，监控电池的安全性。

在汽车和储能电芯监测芯片的技术发展中，集成度的提高是一个很明显的趋势，这也是模拟IC发展的风向。在监测芯片内集成温度传感，很多厂商都已经推出了相关产品，这样能直接进行测量电芯的温度，无需额外的元件和外围电路，有利于简化监测系统的设计。保护、均衡等更多功能的集成在监测芯片中也越来越常见。

写在最后
电芯监测芯片和其他电池管理芯片一样，技术门槛较高，对高精度低噪声的采样和BCD工艺的要求很高，国内外厂商的实力都很直观地反映在电芯监测芯片产品的性能和集成性上。汽车和储能应用领域的快速发展带动了BMS电池管理芯片的需求大涨，电芯监测芯片作为提升设备电池性能和确保安全性的重要部分也在市场需求的推动下快速起量，是未来值得电源管理芯片厂商拓展布局的一个产品方向。