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(dòng)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(chǔ)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(huì)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(dòng)均衡仍然由專用的均衡芯片提供。

汽車與儲(chǔ)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(dòng)化的時(shí)代需求一直很旺盛，尤其是隨著新能源汽車、儲(chǔ)能、工控等領(lǐng)域電動(dòng)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(chǔ)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(chǔ)能BMIC市場規(guī)模約0.45億美元，預(yù)計(jì)到2026年儲(chǔ)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(chǔ)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(dòng)汽車中，油箱這種單個(gè)儲(chǔ)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(huì)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(chǔ)能系統(tǒng)同樣如此，內(nèi)部電池?cái)?shù)量眾多，GWh級別的儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)中，監(jiān)測需求比電動(dòng)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(chǔ)存能量并保證可靠性的關(guān)鍵。不少廠商都針對汽車和儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(huì)因?yàn)椴皇褂枚幱诙栊誀顟B(tài)。即便電動(dòng)汽車或者儲(chǔ)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(dòng)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(chǔ)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(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展帶動(dòng)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(dòng)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。