鋰電池行業：鋰電池管理芯片研究-230116（26頁）.pdf

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1、 鋰電池管理芯片研究鋰電池管理芯片研究 鄭宏達（鄭宏達（SAC號碼：號碼：S0850516050002）華晉書（華晉書（SAC號碼：號碼：S0850521090001）2023年年01月月16日日 證券研究報告證券研究報告 （優于大市，維持）（優于大市，維持）2 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 投資要點投資要點 1.國內電池管理國內電池管理IC產業蓬勃發展產業蓬勃發展，進口替代趨勢明顯進口替代趨勢明顯。電池管理芯片屬于電源管理芯片的細分領域，它能夠確保電池安全穩定輸出電能。電池管理芯片的國產化率顯著低于電源管理芯片行業整體國產化率，德州儀器(TI)

2、是行業龍頭，國內企業深耕細分賽道，進口替代進程加快。2.下游應用場景逐漸拓寬下游應用場景逐漸拓寬，需求拉升需求拉升，助推電池管理助推電池管理IC行業行業。據賽微微電招股書援引Mordor Intelligence統計數據，2024年全球電池管理芯片市場規模預計將增長至93億美元。近年來，隨著下游通訊、消費電子、工業、新能源汽車、儲能等領域技術快速發展，對電池管理芯片產品的性能要求不斷提升，推動電池管理芯片不斷向高精度、低功耗、微型化、智能化方向不斷發展，同時促進了全球電池管理芯片市場的持續增長。投資建議：投資建議：隨著下游新應用場景出現，電池管理IC總量增長，國產廠商憑借國產替代趨勢擁有更大增

3、長空間。建議關注中穎電子、芯?？萍?、賽微微電等。風險提示：風險提示：經濟和市場波動風險；下游需求不及預期風險；市場競爭加劇風險；產品研發不及預期；供應鏈風險。0VqU9XkZaZrQxPtR8O8Q6MmOnNsQpMeRnNnMlOqRrO7NnNyRMYmRmNwMqQsO1.行業概述：國外廠商全線布局，細分賽道國內廠商奮起直追行業概述：國外廠商全線布局，細分賽道國內廠商奮起直追 2.需求推動：消費、動力和儲能三管齊下，共同發力拉動增長需求推動：消費、動力和儲能三管齊下，共同發力拉動增長 概要概要 3 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 1.行業概

4、述：國外廠商全線布局，細分賽道國內廠商奮起直追行業概述：國外廠商全線布局，細分賽道國內廠商奮起直追 1.1 什么是電池管理系統 1.2 市場規模與競爭格局 1.3 電池管理IC 功能介紹 概要概要 4 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 5 電池管理芯片針對電池提供電池計量、狀態監控及電池保護、充電管理等功能。電池安全芯片主要用于電池狀態監控和電池單體均衡，通過實時監測每節電池或電池包，避免出現過充、過放、過流和短路等故障，從而使電芯在安全穩定的范圍內工作，延長電池壽命，保障使用者的安全。電池計量芯片可以提供電池的準確電壓、電流、溫度、健康度等信息，可

5、以用于確定電池的電量狀態(SoC)和健康狀態(SoH)，進行電池荷電狀態估算。電池充電芯片是充電時控制和檢測電流和電壓的，電器以最佳的狀態為電池充電。電池管理產品示意圖電池管理產品示意圖 5 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 1.1 什么是電池管理系統什么是電池管理系統 電池認證芯片集成了專業的加密認證算法（比如SHA-1,SHA-256,ECC等）來標識電池是授權的。只有授權的、安全的電池才能使用或充電。電池監測器（Monitor/AFE）：AFE為MCU和電量計提供電芯和模組的電壓、溫度和電流等信息。由于AFE在物理上離電池最近，AFE還可以控制

6、斷路器，如果觸發任何故障，斷路器會將電池與系統的其余部分斷開。均衡器（Balancer）：電池均衡是通過對多節串聯電池進行容量最大化處理，確保各個電池單元能量可用，以此來延長電池使用壽命的技術。資料來源：TI電源管理指南2018，海通證券研究所 根據賽微微電招股書援引Mordor Intelligence統計數據，2020年全球電池管理芯片市場規模預計為74億美元，2024年預計將增長至93億美元。6 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 1.2 市場規模與競爭格局市場規模與競爭格局 電池管理IC 市場規模 資料來源：賽微微電招股書援引Mordor In

7、telligence，海通證券研究所 7 德州儀器(TI)是行業龍頭，TI的電池管理芯片產品包括充電器、電量監測計、監控器和保護IC，可用于工業、汽車和個人電子產品應用。7 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 1.2 市場規模與競爭格局市場規模與競爭格局 TI 布局布局 資料來源：TI官網，海通證券研究所 8 8 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 簡單而言是充電時控制和檢測電流和電壓的，使得電器以最佳的狀態為電池充電。據知科技援引德州儀器(TI)電池管理產品(BMS)大中華區市場和應用部門經理文司華介紹，電池

8、容量的突變并不在于電池密度是否有顯著提高，而在于手機的屏幕變大了，所以電池容量、電池空間增大。另外，電池電壓也在不斷提高，原來都是4.2V電池，現在變成4.35V。電壓提高的原因是：電芯每增加0.1V，能讓電池續航時間提升5%8%左右。價格差距較大，TI現有產品線報價0.3-6.4美金。1.3 電池管理電池管理IC 功能介紹：充電功能介紹：充電IC 充電電流特性充電電流特性 資料來源：百度百科，海通證券研究所 9 9 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 避免出現過充、過放、過流和短路等故障，從而使電芯在安全穩定的范圍內工作，延長電池壽命，保障使用者的安

9、全。過充過放對電池的損害都是致命的，不同之處僅在于過充產生大量氣體、易自燃和爆炸、表象劇烈，過放外觀變化和緩、但失效速度卻極快，在正常使用中都應嚴格避免出現。對于單體電池而言，在充放電的過程中，如果過充或者過放電都會造成電池內阻增大，負極析鋰，容量減小等一系列問題，使電池在使用過程中存在安全和壽命縮短的問題。對于電池組而言，在成組之前就需要單體電池的電性能基本一致，在使用過程中也需要保持各個單體電池的性能一致性，這樣電池才能盡量發揮1+11的效果。TI現有產品線報價0.15-5.31美金。1.3 電池管理電池管理IC 功能介紹：保護功能介紹：保護IC 過充原理圖過充原理圖 電路示意圖電路示意圖

10、 資料來源：先進電池之家公眾號，電子工程世界企鵝號，海通證券研究所 10 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 電量計功能模塊負責記錄流入和流出電池組的電荷。電荷是電流與時間之積。設計電量計時可使用多種不同的技術。測量電流的方法之一是使用電流感測放大器和帶有嵌入式低分辨率 ADC的MCU。電流運算放大器在高共模環境中工作，它負責放大分流器上差分信號，以支持更高的測量分辨率。這種設計技術以犧牲動態范圍為代價。其他技術使用高分辨率ADC，或昂貴的電量計 IC。了解負載行為的電流消耗-時間關系可確定電量計設計的最佳類型。SOH(State Of Health)

11、主要表征當前電池的健康狀態，為0-100%之間數值，一般認為低于80%以后電池便不可再用?？梢杂秒姵厝萘炕騼茸枳兓瘉肀硎?，用容量時即通過電池運行過程數據估算出當前電池的實際容量，與額定容量的比值即為SOH。準確的SOH會提高電池衰減時其他模塊的估算精度。SOC(State Of Charge)屬于BMS核心控制算法，表征當前的剩余容量狀態，主要通過安時積分法和EKF（擴展卡爾曼濾波）算法，并結合修正策略（如開路電壓修正，充滿修正，充電末端修正，不同溫度及SOH下的容量修正等）。安時積分法在保證電流采集精度條件下比較可靠，但魯棒性不強，由于存在誤差累計必須結合修正策略，而EKF魯棒性較強，但算法

12、比較復雜，實現難度大。國內主流廠家一般常溫可以做到精度6%以內，在高低溫和電池衰減時的估算是難點。SOE(State Of Energy)算法國內廠家現在開發的不多，或采用較為簡單的算法，查表得到當前狀態下剩余能量與最大可用能量的比值。該功能主要用于剩余續航里程估算。TI現有產品線報價0.51-11.56美金。1.3 電池管理電池管理IC 功能介紹：計量功能介紹：計量IC 資料來源：TI官網，東莞鉅大鋰電官網，電子元件技術網，海通證券研究所 11 SOC的狀態示意圖的狀態示意圖 11 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 BMS的剩余容量估算一直是業界難

13、點。首先這是一個根據電池組電壓，電流，放電倍率，溫度等因素經過算法計算的估算值，要求系統先要采集的足夠準，足夠快才能保證最后的結果準確。這又對主控芯片的處理速度，AFE的精度，采集電流的方案選擇，溫度傳感器的精度提出新的要求，還有從系統整體考量采樣頻率的大小諸多因素有關。選用高處理速度高精度的芯片勢必會增加成本，采樣頻率越快系統負荷也越大，所以在目前技術條件下，業界都是參考具體項目來權衡各方面因素。電量計擁有電池的準確電壓、電流、溫度、健康度等信息，能夠實時根據當前電池狀態向主機充電器索取最合適的充電電壓、充電電流，能夠在安全的條件下實現多種形式充電需求，比如線損補償、快充、降額充電等等。1.

14、3 電池管理電池管理IC 功能介紹：計量功能介紹：計量IC難點所在難點所在 資料來源：TI 電量計應用指導，海通證券研究所 12 12 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 現行設備中有三種電量計，分別是：1）直接電池電壓監控方法：電池電量的估計是通過簡單地監控電池的電壓得來的，盡管該方法精度較低和缺乏對電池的有效保護；2）電池建模方法，根據鋰電池的放電曲線，建立一個數據表，每測量一個電壓值，根據該電壓去表中查出所對應的電量，測量精度可以達到5%；3）庫侖計，在電池串入一個電流檢測電阻。該電流與時間做積分就是變化的電量，因此其可以精確跟蹤電池的電量變化，

15、精度可達1%。最準確和經濟的解決方案是使用具有低漂移和高共模額定值的 16 位或更高分辨率ADC來測量感測電阻器上的電壓。高分辨率ADC提供大的動態范圍，但以犧牲速度為代價。AFE模擬前端芯片直接連著電芯，面臨抗大量浪涌脈沖沖擊、更高精度采樣、更高安全等級等多種高難度技術門檻的芯片設計要求。如果沒有了AFE模擬前端芯片，BMS電池管理系統也就成了無根之木。1.3 電池管理電池管理IC 功能介紹：計量功能介紹：計量IC拓展拓展 資料來源：TI 電量計應用指導，海通證券研究所 核心在建?；蛘吆诵脑诮；蛘逜DC 13 13 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲

16、明 什么是電池的一致性？簡單的說就是同型號單個電池之間的重量、電壓、內阻等關鍵指標的偏差程度，偏差越大，一致性越差。事實上，新能源汽車電池是把大量的單個電池通過串聯和并聯的方式組成電池組，串聯得越多，不一致性放大倍數越多，電池壽命越短。這也是我們日常生活中不同品牌、新舊程度不一的電池不要混用的原因。但在當前技術現狀下，要求電池包內所有電芯完全一致是幾乎不可能的事情，這就意味著各電芯間會存在著不一致的工作條件（內阻/發熱量/SOC區間）及不同的老化率，所以需要均衡管理。BMS有被動均衡管理和主動均衡管理兩種方式。1.3 電池管理電池管理IC 功能介紹：多電芯均衡功能介紹：多電芯均衡 資料來源：恩

17、智測控NGI公眾號，海通證券研究所 主動均衡與被動均衡主動均衡與被動均衡 2.需求推動：消費、動力和儲能三管齊下，共同發力拉動增長需求推動：消費、動力和儲能三管齊下，共同發力拉動增長 2.1 消費電子常見的電池管理系統 2.2 雙輪電動車端常見的電池管理系統 2.3 電動汽車端常見的電池管理系統 2.4 儲能與動力電池管理系統的不同之處 概要概要 14 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 榮耀榮耀5050手機手機 15 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 2.1 消費電子常見的電池管理系統消費電子常見的電池管理

18、系統 隨著通信市場逐漸向高能耗的5G手機迭代，續航焦慮催生出對大功率快充的需求，不斷升級的終端設備也對電池管理提出了更高的技術要求。其中，用于評估電池剩余容量和健康狀態的BMS電量計芯片，亦隨之迎來新的挑戰。而電量計作為快充功能的一個關鍵模塊，如果要參與到快充控制，就需要支持小阻值電流采樣電阻，以便支持較大的充電電流。資料來源：南方Plus網易號，eWiseTech微信公眾號，海通證券研究所 16 筆記本電池筆記本電池 2.1 消費電子常見的電池管理系統消費電子常見的電池管理系統 據IT之家百家號援引Aksje Bloggen數據，全球筆記本電腦出貨量在2020年達到2.2億臺。時代周報百家號

19、援引Strategy Analytics，2021年同比增長19%，再次達到創紀錄的2.68億臺。聯想居第一，2021年全年共出貨6340萬臺，年增長率達到16%，市場份額占比達24%?；萜?900萬臺，yoy14%，份額22%；戴爾4570萬臺，yoy29%，份額17%。每日經濟新聞百家號援引IDC，2021年全球共計出貨平板電腦1.69億臺，較2020年增長3.2%。其中蘋果以34.2%的市場份額穩居第一，出貨量達到了5780萬臺。三星18.3%的市場份額排名第二，出貨量為3090萬臺。16 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 2021年年 全球筆

20、記本電腦市場格局全球筆記本電腦市場格局 資料來源：百度百科，IT之家百家號援引Strategy Analytics，海通證券研究所 17 紫米充電寶紫米充電寶 小米小米 手表手表 MOMA猛瑪猛瑪LARK 150便攜式領夾麥克風便攜式領夾麥克風 17 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 資料來源：充電頭網搜狐號，新浪財經援引充電頭網，我愛音頻網，我愛音頻網企鵝號，海通證券研究所 華為華為FreeBuds 4E耳機耳機 2.1 消費電子常見的電池管理系統消費電子常見的電池管理系統 18 小牛電動車電池保護板圖小牛電動車電池保護板圖 18 請務必閱讀正文之

21、后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 據賽微微電招股書援引EV TANK和QY Research數據，2020年中國輕型電動車輛出貨量為2429萬輛，其中鋰電電動兩輪車1136萬輛，電動平衡車929萬輛，電動滑板車產量364萬輛。據賽微微電招股書顯示，業內一輛鋰電電動兩輪車通常使用4-8顆電池安全芯片，一輛電動平衡車或電動滑板車通常使用2-4顆電池安全芯片，外加1顆電量計和1顆充電管理芯片。2.2 雙輪電動車端常見的電池管理系統雙輪電動車端常見的電池管理系統 資料來源：電動車訊息公眾號，海通證券研究所 19 電動車電動車BMS框圖框圖 19 請務必閱讀正文之后的信息披露

22、和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 2.3 電動汽車端常見的電池管理系統電動汽車端常見的電池管理系統 根據市界百家號，目前在電動汽車中40%的成本來自電池，因此，電池的性能和壽命成為了電動汽車品牌取得成功的關鍵因素。集中式BMS：集中式BMS具有成本低、結構緊湊、可靠性高的優點，一般常見于容量低、總壓低、電池系統體積小的場景中。分布式BMS：分布式的BMS架構能較好的實現模塊級和系統級的分級管理。資料來源：TI官網，海通證券研究所 20 NXP S9S08DZ32 TI ISO7741 TLX9175J TI bq76PL455A 20 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務

23、必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 捷豹捷豹 IPace-EV400 BMS 2.3 電動汽車端常見的電池管理系統電動汽車端常見的電池管理系統 資料來源：汽車ECU開發公眾號，海通證券研究所 Model 3 BMS系統系統 21 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 2.3 電動汽車端常見的電池管理系統電動汽車端常見的電池管理系統 資料來源：汽車ECU開發公眾號，海通證券研究所 22 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 e-tron BMS系統系統 2.3 電動汽車端常見的電池管理系統電動汽車端常見的電池管理系統

24、 資料來源：汽車ECU開發公眾號，海通證券研究所 23 23 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 2.4 儲能與動力電池管理系統的不同之處儲能與動力電池管理系統的不同之處 儲能電池管理系統，與動力電池管理系統非常類似。但動力電池系統處于高速運動的電動汽車上，對電池的功率響應速度和功率特性、SOC估算精度、狀態參數計算數量，都有更高的要求。在各自系統里的位臵有所不同在各自系統里的位臵有所不同：在儲能系統中，儲能電池在高壓上只與儲能變流器發生交互，變流器從交流電網取電，給電池組充電；或者電池組給變流器供電，電能通過變流器轉換成交流發送到交流電網上去。電池管

25、理系統主要與變流器和儲能電站調度系統有信息交互關系。電動汽車的BMS，在高壓上，與電動機和充電機都有能量交換關系；在通訊方面，與充電機在充電過程中有信息交互，在全部應用過程中，與整車控制器有最為詳盡的信息交互。硬件邏輯結構不同：硬件邏輯結構不同：儲能管理系統，硬件一般采用兩層或者三層的模式，規模比較大的傾向于三層管理系統。儲能電池管理系統與內部的通訊基本都采用CAN協議，但其與外部通訊，外部主要指儲能電站調度系統PCS，往往采用互聯網協議格式TCP/IP協議。儲能電池模組的規模比較大，多串電池串聯，較大的單體電壓差將造成整個箱體的容量下降，串聯電池越多，其損失的容量越多。從經濟效率角度考慮，儲

26、能電站很需要充分的均衡。動力電池管理系統，只有一層集中式或者兩分布式。所在的電動汽車大環境都采用CAN協議，只是按照電池包內部組件之間使用內部CAN，電池包與整車之間使用整車CAN做區分。資料來源：全球鋰電網，海通證券研究所 經濟和市場波動風險；下游需求不及預期風險；市場競爭加劇風險；產品研發不及預期；供應鏈風險。風險提示 24 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 分析師聲明分析師聲明 鄭宏達，華晉書鄭宏達，華晉書 本人具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格，以勤勉的職業態度，獨立、客觀地出具本報告。本報告所采用的數據和信息均來自市場公開信息，本

27、人不保證該等信息的準確性或完整性。分析邏輯基于作者的職業理解，清晰準確地反映了作者的研究觀點，結論不受任何第三方的授意或影響，特此聲明。電子研究團隊：電子研究團隊：計算機計算機&電子行業首席分析師電子行業首席分析師 鄭宏達鄭宏達 SAC執業證書編號：執業證書編號：S0850516050002 電電 話：話：021-23219392 Email： 分析師：華晉書分析師：華晉書 SAC執業證書編號：執業證書編號：S0850521090001 電電 話：話：021-23219748 Email： 分析師聲明和研究團隊 25 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明

28、 信息披露和法律聲明信息披露和法律聲明 投資評級說明投資評級說明 法律聲明法律聲明 。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。在任何情況下，本報告中的信息或所表述的意見并不構成對任何人的投資建議。在任何情況下，本公司不對任何人因使用本報告中的任何內容所引致的任何損失負任何責任。本報告所載的資料、意見及推測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷，本報告所指的證券或投資標的的價格、價值及投資收入可能會波動。在不同時期，本公司可發出與本報告所載資料、意見及推測不一致的報告。市場有風險，投資需謹慎。本報告所載的信息、材料及結論只提供特定客戶作參考，不構成投資建議，也沒有考慮到個別客戶特殊的投資目標、財務

29、狀況或需要?？蛻魬紤]本報告中的任何意見或建議是否符合其特定狀況。在法律許可的情況下，海通證券及其所屬關聯機構可能會持有報告中提到的公司所發行的證券并進行交易，還可能為這些公司提供投資銀行服務或其他服務。本報告僅向特定客戶傳送，未經海通證券研究所書面授權，本研究報告的任何部分均不得以任何方式制作任何形式的拷貝、復印件或復制品，或再次分發給任何其他人，或以任何侵犯本公司版權的其他方式使用。所有本報告中使用的商標、服務標記及標記均為本公司的商標、服務標記及標記。如欲引用或轉載本文內容，務必聯絡海通證券研究所并獲得許可，并需注明出處為海通證券研究所，且不得對本文進行有悖原意的引用和刪改。根據中國證監

30、會核發的經營證券業務許可，海通證券股份有限公司的經營范圍包括證券投資咨詢業務。1.投資評級的比較和評級標準：投資評級的比較和評級標準：以報告發布后的 6 個月內的市場表現為比較標準，報告發布日后 6 個月內的公司股價（或行業指數）的漲跌幅相對同期市場基準指數的漲跌幅；2.市場基準指數的比較標準：市場基準指數的比較標準：A 股市場以海通綜指為基準；香港市場以恒生指數為基準；美國市場以標普 500或納斯達克綜合指數為基準。類類 別別 評評 級級 說說 明明 股票投資評級 優于大市 預期個股相對基準指數漲幅在 10%以上；中性 預期個股相對基準指數漲幅介于-10%與 10%之間；弱于大市 預期個股相對基準指數漲幅低于-10%及以下；無評級 對于個股未來 6 個月市場表現與基準指數相比無明確觀點。行業投資評級行業投資評級 優于大市 預期行業整體回報高于基準指數整體水平 10%以上；中性 預期行業整體回報介于基準指數整體水平-10%與 10%之間；弱于大市 預期行業整體回報低于基準指數整體水平-10%以下。26 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明