（报告出品方/作者：财通证券，张益敏）
1.BMS：电池系统的大脑、管家、保镖
电池技术在余年的时间里不断演进，并在近30年的时间里取得了飞速发展，从最早期的铜-锌电池、铅酸电池，到目前的锂电池、钠电池，电池能量密度从早期的~10Wh/kg飞速攀升至Wh/kg。回顾历史上来看，电池管理系统的技术，也是伴随着电池技术的升级，在工程实践中不断得到提升的。
1.1.无管理时代：自己动手，丰衣足食
早期的电池如镍镉电池等，以单体电池的形态出现，往往不需要电池间均衡，使用者一般通过测量电池端点电压实现SOC估计。后续随着电压和功率需求的增加，电池串联使用的出现（如12V铅蓄电池由6个单格铅蓄电池组成），人们发现传统的电池使用方法存在以下两个问题：1）传统SOC算法估计的准确度大大降低：由于各个单节电池特性存在差异，单一的拟合公式无法实现电量的准确估计；2）由于SOC估计误差，各个电池单节之间的电量均衡较差，单体电池时常处于过充/过放状态，导致电池组的使用寿命也大大降低。为了解决以上两个问题，人们开始定期检查电池一致性，对电量比平均值多（少）的电芯及时地进行放电（充电）。同时，定期对所有电芯进行完全充放电测试以确定整体电池组的电池容量和使用状态，避免电池组在错误状态下长时间工作。这便是最早的BMS，依靠人的手动定期操作，实现电池错误检测、SOC和电池容量估计、保障充放电一致性。
1.2.简单管理：小米加步枪，自动化程度提升
无管理/手动管理的缺点显而易见：无法实现实时检测、维护繁琐且需要耗费电池寿命。也正因此，从原始的手动电池管理，衍生出了现代BMS的雏形，通过搭建电路，对每个单体电芯的电压、电流、SOC状态进行实时在线监测，实现了传统意义上需要通过人工手动完成的功能。这一类型的BMS产品最早出现时间已不可考，我们搜集到最早的资料是德国Mentzer公司于年设计的Badicheq型系统，对每个单体电芯，Badicheq系统都使用一个采样模块进行监控，并且通过现场总线将相关参数回传给主MCU。
1.3.全面管理：SOC估计精度提升，功能集成度提升
简单的电池管理系统由分立的多个子模块组成，尽管自动化程度大幅提升，但分立方案需要复杂的线路布置，占地面积大；同时模块数的增加也降低了系统整体的可靠性。进入21世纪，伴随着手机、笔记本、平板电脑需求的快速增长，锂电池得到了广泛应用。锂是一种化学性质极为活泼的金属，锂电池过充、过放都将导致严重的后果。早期的BMS沿用了监测电池两端电压进行SOC估计的方案，精度有限，对于锂电池场景不再适用，也正是在这一时期，各类SOC估计算法开始出现，并一度成为学术界热点。
2.BMIC：种类及功能
我们把BMS中的芯片分为通用和专用两种类型。通用芯片包括MCU、电源管理芯片、通讯接口等芯片，此类芯片可以采用与非电池应用相同或相近的型号，无需针对BMS进行单独开发；专用芯片针对BMS应用专门开发，满足特定应用领域中的BMS功能需求。更进一步，BMS专用芯片又可以分为保护芯片（Protector）、充电芯片（Charger）、电量计芯片（Gauge）、监测芯片（Monitor/AFE）、均衡芯片（Balancer）、认证芯片（Authentication）等类型，充电芯片还可以分为开关、线性和电荷泵等类型，均衡芯片可以分为主动均衡和被动均衡两种类型。下面分品类详细介绍每一种芯片的作用
2.1.电池保护芯片（Protector）
电池保护芯片负责监测电芯的充放电情况，保障不会因为外部的滥用或者故障而对电池产生损伤。通常来说，电池保护芯片需要监测的异常情况包括过压（OV）、过流（OV）、放电过流（OCD）、充电过流（OCC）、过热（OT）等。当检测到出现异常情况时，电池安全芯片可以及时切断电路，保障电池系统的安全。目前部分BMIC芯片（充电芯片、电量计等）会集成保护功能，但为了实现更加全面的保护，专用电池保护芯片仍然是部分应用中不可缺少的组件。从结构上来看，电池保护芯片主要由采样电路、放大电路、逻辑电路组成。相比监测、电量计等芯片，由于电池保护芯片的测量参数仅用于与阈值进行比较，采样精度要求相对较低，逻辑电路部分也以比较器为主，结构相对简单。
2.2.充电芯片（Charger）
充电芯片需要实现的功能有：1）电源路径管理（PPM）：对电源路径进行控制，使得外部电源的开断不影响系统正常工作；2）充放电控制：对电池的充放电进行恰当的控制和管理，典型的电池充电过程通常分为涓流阶段、恒流阶段和恒压阶段，各个阶段间的切换控制需要由充电管理芯片完成。受限于芯片的成本、体积和散热要求，充电芯片一般仅用于小功率用电器的充电，对于大功率应用场景（如电动汽车），一般采用由分立器件搭建的专用大功率充电电路。根据电路拓扑的不同，电池充电芯片又可以分为线性、开关和电荷泵等类型。其中线性电池充电芯片通常应用于小功率充电场合，开关充电芯片应用最为广泛，可支持数十至上百W的充电应用；而电荷泵充电芯片主要用于快充场合，在恒流充电阶段可以有效提升充电效率。
2.3.电量计量芯片（Gauge）
电量计量芯片的作用是通过对电池外部特性（如电压、电流、温度等）的测量，采用特定算法对电池的SOC/SOH等参数进行估计，并将结果反馈给控制器芯片。电池电量计量芯片的核心能力在于高精度采样电路的设计和SOX算法。要实现高精度的SOX估计，高精度的电压电流采样必不可少。SOX算法种类多样，海外龙头大多有自己独特的、受到专利保护的算法。例如TI的阻抗追踪法可以记住电池特性随时间的变化情况，结合电池组具体的化学属性可以准确地知道电池的充电状态，从而延长电池组使用寿命。除此之外，常用的SOC估计算法还有修正放电终止电压法、动态电压修正法等。
2.4.电池监测与均衡器（Monitor/AFE和Balancer）
电池监测器的主要功能是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制器。与电量监测芯片不同的是，电池监测芯片仅具有参数监测功能，一般用在高串数串联的场合（~10串到上百串）。通常，需要由多个监测芯片级联以形成完整的监测系统。
在高串数系统中，为了保障电芯电压、电量的均衡，需要采取电量均衡措施。目前电量均衡有两种常见的方案：主动均衡和被动均衡。主动均衡方案使用开关管和隔离变压器等器件在电芯之间构建能量变换电路，从而实现能量在电芯之间的流动；被动均衡方案则采用无源元件，将电量较多的电芯上多余的能量通过电阻耗散成为热能。被动均衡方案所需外部元器件较少，在成本和可靠性方面具有优势，但会增加系统损耗；主动均衡方案所需外部元器件较多，成本较高，但有助于降低损耗、提升系统可用容量。无源均衡方案一般集成在电池监测芯片中。
2.5.电池认证芯片（Authentication）
电池认证芯片早期主要用在可拆卸电池设备中。为了避免不匹配的电池对设备或用户造成伤害，一般选择在电池Pack中集成一颗电池认证IC，并在电池连接至系统时进行认证，只有验证通过的电池才能为系统供电。此外，尽管目前手机电池大多不可拆卸，为了避免用户自行替换电池带来的潜在风险，厂商一般也会选择在设备内置电池中配置一颗认证芯片。
将以上保护、充电、电量计、监测、均衡、认证六类芯片（全部或部分）及其外围电路集成在一块或几块PCB上，并互相连接构成完整的信号通路，即构成了电池管理系统。根据欣旺达招股书数据，电池模组成本中IC占比约为5.38%。
3.需求端：BMIC需求快速增长
3.1.消费：未来3-5年的最大下游领域
消费市场下游主要应用包括手机、笔记本、平板电脑、TWS耳机、智能手表等。其中手机/平板电脑/TWS耳机/智能手表一般采用3.7V锂离子电池，笔记本电脑一般采用3串12.6V锂离子电池。目前消费电子产品中所涉及的BMIC一般包括充电芯片（Charger）、电量计（Gauge）、电池保护（Protector）三种类型。此外，早期手机采用可拆卸电池，因此除了充电芯片、保护芯片、电量计以外，还需要一颗额外的认证芯片。而近年来，随着智能手机电池向不可拆卸的技术方案演变，仅在部分高端智能手机上才能发现认证芯片的身影。
测算假设：在手机、笔记本电脑、TWS、平板电脑、智能手表应用中，单台设备平均需要1颗充电芯片、1颗电量计芯片、1颗电池保护芯片。对于中高端手机，平均额外需要1颗电荷泵芯片、1颗电池认证芯片。
根据IDC数据，年全球手机出货量达到13.52亿台，平板电脑出货量达到1.68亿台。根据CounterPoint数据，年全球TWS耳机出货量达到2.9亿部。根据集微咨询数据，年全球笔电出货量达到2.62亿台。在测算中，我们假设全球手机/平板电脑/笔电出货量以3%/3%/3%的平均增速平稳增长（年手机出货量下滑6.50%），全球TWS耳机出货量以20%增速增长，全球手表出货量以30%增速增长。
据测算，年全球手机BMIC市场规模约15.88亿美元，预计到年增长至18.52亿美元，-年CAGR=1.92%；年泛消费（笔电、平板、TWS、手表）BMIC市场规模13.55亿美元，预计到年增长至26.67亿美元，-年CAGR=14.50%。受益于可穿戴终端需求的快速增长，泛消费BMIC需求增速较快。同时我们也需要指出，本测算未考虑手机端充电技术和架构的革新，也未考虑AR/VR等新设备终端需求的潜在弹性。整体来看，作为率先采用锂电池方案的终端，消费领域在未来3-5年内仍将是BMIC最大的下游市场。
3.2.工具电池：锂电两轮车渗透率提升，电动工具销量增长
两轮电动车中所涉及的BMIC产品一般包括电量计、电池检测和电池保护三种芯片。电动工具中所涉及的BMIC产品一般包括电池监测芯片、开关充电芯片和电池保护芯片三种类型。两轮电动车锂电渗透率持续提升。锂电池因其能量密度高、重量轻的特点，在两轮电动车领域相比传统的铅蓄电池更有优势。年5月15日，两轮电动车新国标（GB-）发布，规定整车最大重量不超过55公斤，传统的铅蓄电池能量密度低，续航里程受到限制，两轮电动车开始加速转向锂电池。根据艾瑞咨询数据，年全国两轮锂电车销量占比达到23.4%，预计年上升至27.3%。
锂电方案占比增加带动BMIC需求持续增长。传统的以铅酸电池为储能装置的两轮电动车上，由于铅酸电池稳定性较高，除部分高端型号外，一般不采用专门的电池管理芯片。而锂电池特性活泼，对电芯间均衡程度的要求提升，需要采用专门的监测芯片。新国标推荐两轮电动车电池电压为48V、60V、72V、84V、96V、V,对应电芯串联数在16串以上。因此，一般在两轮电动车领域应用的监测芯片为16S、18S型号。在安全要求较高的高端两轮电动车产品中，为进一步保障电芯安全，还需要额外搭配一颗保护芯片。电动工具中的电池架构与两轮电动车类似，同样需要电池监测芯片、电池保护芯片，同时还需要一颗充电芯片满足电池充电需求。
测算假设：电动工具：每台电动工具需要1颗电池监测芯片、1颗开关充电芯片、1颗电池保护芯片。两轮电动车：我们假设中国地区锂电两轮车渗透率与全球相同，并预计22/23/24/25/26年全球锂电两轮电动车渗透率为27%/35%/50%/75%/%。每台锂电两轮电动车需要1颗电量计量芯片、1颗电池监测芯片、1颗电池保护芯片。经测算，年电动自行车和电动工具领域的BMIC市场规模分别为0.19/8.70亿美元，预计到年，电动自行车和电动工具领域的BMIC市场规模分别将达到0.89亿美元和12.20亿美元，-年CAGR=36.45%/7.00%。
3.3.电动汽车：要求最高的BMIC赛道
BMIC是电动汽车电池安全的核心组件，早期的电动汽车通常采用单体电池方案。年TeslaModelS发布，首次采用由节电芯串联组成的电池包。电芯产量大、价格低，且在可靠性和能量密度方面均具有优势。但由余节电芯串联+并联构成的系统中，电池簇之间极易出现电量不平衡，对BMS提出了巨大挑战。支撑TeslaModelS完成如此工业壮举的是TI的BQ76PL-6SBMS监控和保护芯片。以磷酸铁锂电池为例，单体电芯电压范围一般在3.2-3.6V之间（标称电压3.2V），V系统电动汽车电池电压一般在V左右，为达到相应电压等级，需要约只电芯串联。如此大量的电芯串联，对电芯之间的电量一致性提出了更高要求，因此需要采用电池监测芯片对每一个电芯进行电压、电流检测。假如只电芯串联（电芯并联的数量取决于电池容量），采用常见的12-16SAFE芯片，则需要约8-10只AFE芯片。
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