新能源汽车BMS出货排名及主要芯片解决方案供应商

j电子发烧友报道（文/程文智）根据Marklines统计，2020年全球电动汽车的总销量为289.24万辆，同比上升了45%。其中，中国区销量最大，2020年全年销售了120万辆，紧随其后的是德国的40.4万辆和美国的32.4万辆。这其中特斯拉贡献最大，全年售出了45.9万辆。

图：全球电动汽车2020年12月及全年销量统计（单位：辆）。（数据来源：Marklines，东吴证券研究所）

我国电动汽车的销量虽然很大，但其实我国电动汽车行业仍然处于发展初期，发展潜力还很大。根据国务院办公厅在2020年11月2日发布的《新能源汽车产业发展规划》，到2025年，我国新能源汽车销量要达到汽车总销量的20%左右。BMS系统为何重要？电动汽车区别于传统汽车的地方在于，电动汽车有“三电”系统，即电机、电池和电控系统。其中电控系统由电池管理系统和控制系统构成，以管理电池组和控制电池的能量输出和调节电机的转速等。在汽车电机控制系统中，整车控制器（VCU）、电机控制器（MCU）和电池管理系统（BMS）是最重要的核心技术，对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要的影响。

图：BMS方框图。（来源：ST官网）

一般来说，电动汽车的动力电池是由几千个小电芯组成的，电池包的组成主要包括电芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体和BMS。BMS是对电池进行管理的系统，主要负责监测和管理整个电池组的工作状态，其中包括估测电流的电荷状态、检测电池的使用状态、管理电池的循环寿命、在充电过程中对电池进行热管理、启停锂电池冷却系统，同时也管理单体电池间的均衡，防止单体电池过充、过放产生的危险。也就是说，BMS是一个保护动力锂离子电池使用安全的系统，为电动汽车的安全使用提供保障。BMS作为衔接电池组、整车系统和电机的重要纽带，它需要处理的很多的信号，包括：电芯、碰撞、CAN、充电、水泵、高压、绝缘等等。因为一次过放电就会造成电池的永久性损坏，极端情况下锂电池过热或者过充电会导致热失控、电池破裂甚至爆炸。因此，BMS要进行严格的控制充放电，避免过充、过放、过热。电池在不同的温度下会有不同的工作性能，锂离子电池的最佳工作温度为25℃~40℃。BMS可以通过均衡改善不一致性，提升锂电池整体性能。由于锂电池具有高能量密度，目前的电动汽车大都是以锂电池为主要动力驱动来源。然而锂电池大量生产时品质不易掌握，电池芯出厂时电量存在细微差异，且随着工作环境改变等因素，电池间不一致性将愈趋明显，电池效率、寿命也都将变差，再加上过充或过放等情况，严重时可能导致起火燃烧等安全问题。而通过BMS能准确量测电池组使用状况，保护电池不至于过度充放电，平衡电池组中每一颗电池的电量，以及分析计算电池组的电量并转换为可理解的续航力信息，确保动力电池安全运作。也就是说，一个好的BMS系统能够更好地防止汽车自燃事故、有效规避充电导致的起火事故等等，能够大大降低电动汽车安全事故的发生概率。BMS玩家有哪些？BMS系统很重要，是动力电池组的核心技术，也是衡量一部电动汽车整车性能的最为关键指标之一。根据公开资料显示，BMS系统具有很强的技术壁垒，需要长时间的技术研发，它的成本约占电池组成本的20%左右。那么，目前主流的BMS系统是由哪些厂商提供的呢？目前BMS市场参与者目前主要分三类：一类是软硬件都是自己设计并生产；二是企业自主开发应用软件，而硬件底层由供应商开发和生产；三是所有软件设计和硬件设计都是企业自主开发，硬件找第三方公司贴牌生产。根据NE时代统计的数据，2020年BMS的出货量中，宁德时代以22.8万套排名第一，市场份额为18.4%，其出货量主要靠造车新势力的拉动；比亚迪以15.4万套紧随其后，市场份额为12.4%，不过其BMS外供进程不如电池，希望2021年能够有大的突破；特斯拉基本上靠自家汽车的出货量就将BMS的出货量拉到了13.8万套；而华霆动力则依靠2020年Q4季度大红的宏光Mini，同比大幅增长350.1%。

图：2020年中国TOP10BMS企业。

BMS芯片级解决方案供应商有哪些？所有的BMS系统的硬件都需要芯片的支持，那么在芯片层面有那些厂商可以提供支持呢？BMS芯片解决方案的供应商主要有TI、英飞凌、NXP、ADI、瑞萨、ST和安森美等企业。这些企业在汽车产业链中耕耘多年，其产品一直都在跟随汽车行业的发展推出更创新的产品。比如TI在今年1月份的时候，推出了无线BMS解决方案，据其新闻稿信息显示，TI的无线BMS解决方案使汽车制造商能够降低其设计的复杂性、提高可靠性并减轻汽车重量，从而延长行驶里程。得益于能够灵活地跨生产模型调整设计，汽车制造商可以通过TI全面的无线BMS产品更快地过渡到生产阶段，此类无线BMS产品包括：SimpleLink™2.4GHzCC2662R-Q1无线微控制器(MCU)评估模块，软件和功能安全驱动工具(如安全手册；失效模式与影响分析FMEA；失效模式影响和诊断分析FMEDA；TÜVSÜD概念报告等)。该方案符合汽车安全完整性等级ASILD认证，以及更高水准的国际化标准组织（ISO）26262认证。与有线连接相比，TI通过CC2662R-Q1无线MCU实现电池管理系统的无线协议，可以提供业界出色的网络可用性(超过99.999%)和300ms的网络重启更大可用性。该无线MCU可提供高吞吐量和低延迟的专用时隙以防止数据丢失或损坏，同时使多个电池单元能够以±2mV的精度向主MCU发送电压和温度数据，且网络数据包错误率小于10-7。考虑到汽车制造商的长期设计需求，TI的无线BMS创新技术在业界具有更高的可扩展性。确定性协议可提供市场上更高的吞吐量，使汽车制造商能够在不同的电池配置下(如具有32、48和60个电池单元的系统等)，将采用单个无线片上系统的电池模块与多个BQ79616-Q1电池监控器相连。该系统设计可支持多达100个节点，每个节点都达到业界更低的延迟(低于2ms)，并且每个节点的测量均可实现时间同步。CC2662R-Q1无线MCU独立于各个电池单元监控装置之外，不再需要菊花链隔离组件，因此也减少了相应的成本。BQ79616-Q1电池监控器和平衡器在同一封装类型中提供不同的通道选项，同时提供了引脚对引脚的兼容性，并支持在任何平台上完全重复使用既有的软件和硬件。除了TI有无线BMS解决方案外，其实ADI更早推出无线BMS解决方案，该公司在2020年9月中旬就推出了业界首款无线BMS解决方案，使汽车制造商能够更加灵活地将电动汽车平台扩展至多种车型实现量产。ADI公司的无线BMS免去了使用传统线束的必要，节省了高达90%的线束和高达15%的电池组体积，提高了设计灵活性和可制造性，同时不会影响电池使用寿命内的里程数和精度。ADI公司的无线BMS将电源、电池管理、射频通信和系统功能等所有集成电路、硬件和软件整合在单个系统级产品内，通过采用ADI公司经过验证的业内领先BMS电池电芯测量技术，支持ASIL-D安全性和模块级安全性。通过提高车辆使用寿命期间的精度，无线BMS系统可最大化单个电芯的能量利用率，从而实现优异的车辆续航里程，并支持安全且可持续的无钴电池化学材料，如磷酸铁锂(LFP)。为了应对汽车BMS设计的新型高度集成的解决方案，意法半导体（ST）推出了基于新的高度集成的电池管理ICL9963及其配套的隔离式收发器L9963T，该解决方案能够以单菊轮链或双向菊轮链配置提供多达14个串联电池的最高精度测量，并嵌入复杂的电池监视和诊断功能。它还符合严格的汽车安全完整性等级（ASIL）D要求。L9963是用于高可靠性汽车应用和储能系统的锂离子电池监视和保护芯片。最多可以监视14个堆叠的电池，以满足48V和更高电压系统的要求。每个电池电压以及芯片上库仑计数的电流都可以高精度测量。该设备最多可以监视7个NTC。信息通过SPI通信或隔离接口传输。多个L9963可以菊花链daisychain形式连接，并通过变压器隔离的接口与一个主机处理器通信，具有高速，低EMI，远距离和可靠的数据传输的特点。在正常和低功耗模式下均提供带有可编程通道选择。可以根据内部计时器中断自动终止平衡。集成了九个GPIO，用于外部监视和控制。L9963具有一套全面的故障检测和通知功能，可以满足安全标准的要求。此外，L9963也符合ISO26262标准的ASIL-D，内建车用安全性之综合故障侦测与通知功能，还具备SPI接口与能够建立多个L9963高速通讯用的2.66Mbps垂直通讯接口，此21.66Mbps垂直通讯接口能使8颗芯片对高达96个电池元件进行信号转换与读取，且操作时间低于4ms，并可结合各类变压器或电容性电隔离组合。NXP面向汽车用的BMS解决方案种类有很多，包括12V、48V、高压和电池连接应用。它们在硬件和软件方面进行了优化，实现了高达ASILD安全等级的功能安全。它们为所有xEV应用提供了一种平台方法，有助于确保安全性、准确监测电量并延长设计的电池寿命。除了上面提到的，还有瑞萨电子，安森美和英飞凌等芯片厂商都有自己的汽车级BMS解决方案可供客户选择。结语随着电动汽车的发展，BMS技术也在不断进步，其实BMS除了硬件系统很重要之外，软件算法也很关键，比如特斯拉的BMS是目前最成熟的系统，这主要得益于特斯拉对深度学习和人工智能的充分应用，其BMS可以不断获得实际驾驶的大数据，然后对算法进行自我强化，从而使特斯拉电池组的续航时间相对更长，稳定性相对更好。未来希望国内的BMS供应商们能做出更加优秀的BMS。