半导体行业深度报告：电池管理（BMS、BMIC）芯片国产替代进程加速 保险和股票哪个可靠性高些

（报告出品方/作者：安信证券，马良）

1. BMS 是电池产业链的重要组成部分

1.1. 电池相关概念及产品形态

电池产业链涉及的基本概念。电池产业链涉及概念较多，如电芯、电池模组、电池包、pack 工艺等。往往电池作为相关概念的统称，电芯、电池模组、电池包是电池制造过程中的不同 阶段。电芯是电池的最小单位，也是电能存储单元，它必须要有较高的能量密度，以尽可能 多的存储电能。当多个电芯被同一个外壳框架封装在一起，通过统一的边界与外部进行联系 时，就组成了一个电池模组。而当多个电池模组被电池管理系统（BMS）和热管理系统共同 控制或管理起来后，这个统一的整体就叫做电池包。电池 pack 工艺，指的就是把电芯、电 池模组等加工成最终电池包的工艺。电池 pack 一般也代指电池包。

电池包主要由电芯、BMS、连接器、热管理组件、结构件等组成。电池产业链中，核心部分 是电芯和BMS电路，电芯封装后再集成线束和PVC膜等构成电池模组，再加入线束连接器、 BMS 电路构成电池成品。其中，电池模组为电池包最小分组，由多个电芯串联和并联，电芯 数量越多，电池模组可靠性越弱，对电芯一致性的要求越高，因此需要通过单体电池监控管 理装臵协调，即电池管理系统、热管理系统、电气系统等，最终组成完整的电池 pack。在动 力电池中，电池热管理系统通过风冷、水冷、液冷和其他相变材料降低电池放电过程中的热 量释放，确保电池在适宜温度范围工作，主要由电池箱、传热介质、监测设备等构成。电气 系统主要由高压线束、低压线束、继电器等构成，高压线束将动力电池系统的动力不断输送 到各部件；低压线束实时传输检测信号、控制信号；继电器起自动调节、安全保护和转换电 路等作用。

电池 pack 技术主要受下游市场需求驱动而不断发展，主要应用场景包括笔记本、智能手机、 等消费电子电池，新能源汽车等动力电池。据头豹研究院，电池 pack 可按电芯正极材料、 电芯配臵方式、壳体材料、电池用途、下游应有、电池形状等不同分类标准分为多个不同种 类。其中，不同形状的电池 pack 具有不同特征，圆柱电池 pack 主要应用于数码产品，长时 间的技术演进促使其拥有更优的良率和成本，但单体电池容量小导致电芯需要以量取胜，对 BMS 要求更高；方形电池结构复杂，但更易保护电芯；软包结构电池 pack 能量密度较高， 但所使用的材料寿命较短。我国锂电池行业的不断发展推动电池 pack 行业的演化，中国电 池 pack 行业相继经历笔电电池 pack 时代、手机数码电池 pack 时代、智能手机电池 pack 时代和动力电池 pack 兴起，消费电池 pack 行业发展较为成熟，动力电池 pack 行业虽起步 于 2012 年以后，但受益于下游汽车三化的发展，市场有望高速成长。

1.2. 动力电池需求高涨助推电池 pack 市场高景气，BMS 持续受益

电芯和 BMS 是电池 pack 产业链核心。电池 pack 产业链涉及企业较多，上游由电池模组、 BMS、电池热管理系统等原材料供应厂商组成，中游由笔电电池 pack 企业、手机数码电池 pack 企业、动力电池 pack 企业组成，下游根据应用终端类型可分为 3C 企业、新能源等车 企和其他电池应用企业等。据头豹研究院，上游电芯和 BMS 占电池 pack 成本的 72%，且 生产技术含量较高，是电池 pack 的核心。BMS 自身较为复杂，涉及学科领域广，相关人才 需要掌握电池知识、整车知识等，要对电子技术、电工技术、微电子及功率器件技术、散热 技术、高压技术、通信技术、抗干扰及可靠性技术等具备专业储备。

我国消费电子电池产业链日趋成熟，动力电池产业链仍处于快速成长阶段。笔记本电脑电池 和手机数码电池组装过程涉及人工环节较多，偏向劳动密集型产业，我国是相应电池的重要 组装基地；动力电池注重技术和自动化，我国动力电池相关企业仍处于成长阶段。据头豹研 究院，消费电子电池行业龙头集中度较高，德赛电池、欣旺达、新普科技等龙头公司占据全 球大部分市场份额，下游笔记本电脑市场处于平稳状态，手机数码市场稳定发展，短期内市 场竞争程度将基本维持现有水平；动力电池领域市场份额主要集中于电芯企业，随着未来中 国动力电池行业规模不断扩大，对动力电池的技术要求不断提高，动力电池市场活力将不断 激发。

我国电池 pack 行业受动力电池需求拉动影响，市场规模有望高速增长。据中商产业研究院， 中国是最大的动力电池市场，2017 年至 2023 年间中国动力电池装机量 CAGR 达 43.5%， 随着新能源车渗透率增长和疫情有效控制，预计中国2023年动力电池装机量将达229.9GWh。 中国动力电池 pack 行业市场规模不断扩大，推动整个电池 pack 行业发展壮大。根据国家统 计局数据，2011 年国内锂电池产量约 29 亿只，2023 年突破 200 亿只，年复合增速达到 21%； 据头豹研究院，中国电池 pack 行业市场规模 2014 年为 205.4 亿元，2023 年预计为 3244.7 亿元。

2. BMS 涉及多类型芯片，市场空间广阔

2.1. BMS 系统充当电池管家、保姆角色，电池计量 IC、电池安全 IC、充电管理 IC 各司其职

BMS 即 BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，称为电池管理系统，在电池运作系统中充当 “电池保姆”的角色。BMS 系统是锂离子电池模组的必备部件和核心部件，是锂离子电池模 组的"大脑"，实现对锂离子电池模组中锂离子电芯（组）的监控、指挥及协调。电池管理系 统，由印制电路板(PCB)、电子元器件、嵌入式软件等部分组成，根据实时采集到的电芯状 态数据，通过特定算法来实现电池模组的电压保护、温度保护、短路保护、过流保护、绝缘 保护等功能，并实现电芯间的电压平衡管理和对外数据通讯。

BMS 中硬件为 BMIC，主要包括电池计量芯片、电池安全芯片、充电管理芯片。按芯片的功 能划分，集成电路可进一步划分为模拟、数字、射频等，其中模拟芯片根据功能的不同主要 可分为电源管理芯片和信号链芯片。电源管理芯片是实现在电子设备系统中对电能的变换、 分配检测、保护及其他电能管理功能的芯片。电池管理芯片是电源管理芯片的重要细分领域， 是电池管理系统的核心器件，包括电池安全芯片、电池计量芯片、充电管理芯片。近年来， 随着下游通讯、消费电子、工业、新能源汽车、储能等领域技术快速发展，对电池管理芯片 产品的性能要求不断提升，推动电池管理芯片不断向高精度、低功耗、微型化、智能化方向 不断发展。

电量计 IC 负责采集电池信息并计算电量，与电池保护 IC 可以分立，也可以集成。据 TI 官 网产品信息，电池包内部包含电芯、电量计 IC、保护 IC、充放电 MOSFET、保险丝 FUSE、 NTC 等元件。一级保护 IC 控制充、放电 MOSFET，保护动作是可恢复的，即当发生过充、 过放、过流、短路等安全事件时就会断开相应的充放电开关，安全事件解除后就会重新恢复 闭合开关，电池可以继续使用，一级保护可以在高边也可以在低边。二级保护控制三端保险 丝，保护动作是不可恢复的，即一旦保险丝熔断后电池不能继续使用，又称永久失效。电量 计 IC 采集电芯电压、电芯温度、电芯电流等信息，通过库仑积分和电池建模等计算电池电 量、健康度等信息，通过 I2C/SMBUS/HDQ 等通信端口与外部主机通信。电量计 IC 与电池 保护 IC 既可分立，也可集成。

硬件、算法、固件是电量计的三大核心，pack-side 电量计更具优势。电量计的输入是电池 电压、电流和温度，然后通过对电池建模来计算输出容量信息，其三大核心是：(1)硬件，来 实现高精度采样、低功耗运行；(2)算法，来对电池建模；(3)固件，把算法编程实现，计算 输出容量信息。据 TI 官网，在选择电量计时，通常需要考虑到电芯化学类型、电芯串联数目、 通信接口、电量计放在电池包内还是放在系统板、电量计算法、是否集成电池保护均衡等功 能、支持充放电电流大小、存储介质和封装。相比 System-side 电量计，Pack-side 电量计 直接采样电芯电压，电压更准确，有利于提高电量计量、充电以及保护精度；Pack-side 采 用可集成加密认证算法的电量计综合成本更低；Pack-side 电池保护板 PCM 电压、电流、 温度校准更容易，项目开发周期更短；Pack-side 电量计面对可插拔电池时 RAM 数据不丢失 ，数据更准确。

充电管理 IC 主要负责电池的充放电管理。锂电池充电管理芯片可以有效管理每个锂电池的 充电，根据锂电池的特性自动进行预充、恒流充电、恒压充电。通过充电管理 IC 可以实现 电池充放电的恒压方式、恒流方式等，这些充电方式有益于电池，并相对比较安全。充电管 理芯片使电压、电流达到可控状态，可以有效的控制充电的各个阶段的充电状态，保护电池 过放电、过压、过充、过温，最终有利于电池的寿命延续。锂电池充电管理芯片具有功能全、 价格低、集成度高、外部电路简单、调节方便、可靠性好等特点。

充电管理芯片根据工作模式通常可分为开关模式、线性模式和开关电容模式。开关模式效率 高，适用于大电流应用，且应用较灵活，可根据需要设计为降压、升压或升降压架构，常用 的快充方案通常都是开关模式。线性模式适用于小功率便携电子产品，其对充电电流、效率 要求不高，通常不高于 1A, 但对体积、成本则有较高要求。开关电容模式可以做到最高达 97%以上的效率，但由于架构的原因，其输出电压与输入电压通常成一个固定的比例关系， 应用场景比较受限，实际应用中，通常与一个开关型充电管理芯片配合使用。

2.2. BMIC 芯片市场空间广阔，国产替代前景可期

BMS 下游包含三大电池应用，芯片技术是产业链核心。BMS 下游应用主要包括：消费电池 （3C 数码）、动力电池（电动车）和储能电池（国防军工、可再生能源、通讯、医疗健康等）， 电动汽车产业的快速成长推动 BMS 的快速发展。据前瞻产业研究院，2023 年全球 BMS 下 游应用中：动力电池应用占比达 54%，消费电池占比 22%，储能及其他电池占比 24%。BMS 系统以电池管理 IC 为基础构建，芯片技术是 BMS 产业链核心。

计量芯片是核心且价值量最高，消费电子通常采用 SoC 方案，动力电池中因 AFE（高压工 艺）、MCU 采用不同工艺，采用分立芯片形式。BMS 芯片方案主要涉及计算单元（如 MCU）、 AFE、数字隔离器等。BMS AFE 芯片（模拟前端芯片）负责采集电池电压后通过模数转换 器（ADC）转换为数字值，并送入计算单元（如 MCU）进行计算荷电状态，计算单元（如 MCU）主用来处理 AFE 收集的信息，计算 SOC、SOH 等参数，并将这些信息传送给上一 级 VCU。数字隔离器主要用在高低压之间的数字通信，比如在 BMS 主控板上的高压采样与 MCU 之间的 SPI 通信及采样板 AFE 与 MCU 的 SPI 通信，除了使用数字隔离器外，也可以 使用光耦、或者变压器隔离方案。据瑞萨授权代理商中印云端官网，BMS 系统芯片解决方案 通常围绕一个电池管理 IC 构建，该方案在一个封装中提供低功耗 MCU 和高性能模拟前端 （AFE），提供开发工具来支持开发安全可靠和高性能的锂离子电池管理系统，适用范围从 基础的消费级应用，如笔记本电脑、电动工具、电动摩托车等，到通信基站、电动汽车、光 伏备用电源、军事装备等工业应用都有应用案例。

消费电子领域国产化替代加速，动力电池领域芯片仍在初步布局阶段。BMIC 长期被 TI、ADI 等欧美企业垄断。据爱集微网，在消费电子和工业控制领域，虽然 TI、ADI（收购 MAXIM） 等全球龙头垄断电池管理芯片市场，但国内芯片厂商已逐渐在主流手机市场完成国产替代， 并在 TWS 耳机等新兴消费电子市场上占据优势地位；在笔记本电脑、电动自行车、电动工 具、扫地机器人以及小型储能市场，国内芯片厂商也在加紧进行验证测试，正处于国产替代 的成长期；应用在手机、平板、可穿戴设备等消费电子产品中的电池，通常为单串电池组， 仅 1 至 2 颗电芯，应用于笔记本电脑、电动工具、吸尘器、电动自行车以及智能家居等产品 中的电池，通常为多串电池组，由多颗电芯串并联组成，动力电池和储能电池领域所用电池 组远多于以上消费电池领域，技术门槛也更高，我国动力电源 BMS 芯片仍有待发展。据爱 集微网，近期，全球主流 BMS 芯片供应商 TI 产品陷入缺货涨价状态，其 BQ 系列芯片订货 交期已延伸至 2023 年，造成较大的市场缺口，叠加我国汽车三化的渗透发展，我国对国产 汽车 BMS 芯片的需求持续增长，国产动力电源芯片渗透率有望持续提升。

受益于电动汽车、消费电子等行业发展，BMS 及 BMS 芯片市场空间未来可期。受全球卫生 事件影响，2023 年全球 BMS 市场规模增速下降，但我国 BMS 市场仍占据重要地位，据华 经产业研究院，2023 年我国 BMS 市场需求规模为 97 亿元。未来随着电动汽车市场规模扩 大和电池效率要求提高，BMS 市场规模有望实现稳定增长，据 Business Wire 估计、前瞻产 业研究院整理，2023 年全球 BMS 市场规模预计为 65.12 亿美元，至 2026 年预计可达 131 亿美元，CAGR 为 15%。据 Mordor Intelligence，2024 年全球电池管理芯片市场规模预计 达 93 亿美元，市场空间广阔。

BMIC 国产替代逻辑清晰：一是技术门槛高，消费电子领域已经取得突破。该领域长期被欧 美企业垄断，但随着国内企业在电池管理技术领域持之以恒的研发投入和应用实践，消费电 子领域产品性能已经不逊色于欧美大厂，且技术难度更高的车规级 BMS 技术也在积极布局 中。二是中国具备电池产业链优势，在发展自主品牌 BMS 方面具有较强话语权。我国电产 业链完善，且国内消费电子、新能源汽车产业的强劲需求成为全球锂电池产业发展的重要动 力，且国产 pack 厂在全球市场中已经占据重要地位。三是政策积极扶持，国产替代进程加 速。我国 BMS 芯片长期依赖进口，尤其是车规级 AFE、ADC、MCU 等芯片，近年来国家 出台众多政策扶持汽车电子及电池管理芯片行业发展，电池管理芯片行业有望更上一层楼。

3. 消费电子：快充、5G、智能水平提升等助力 BMIC 快速发展

3.1. 手机：快充和 5G 趋势尽显，对高性能 BMIC 提出更高、更迫切需求

3.1.1. BMS 参与充放电全过程

手机电池大部分是锂离子电池或者锂离子聚合物电池，为提高电池使用寿命，BMS 对手机电 池的充放电起管理作用。既能防止电池过放，也能防止电池过充。在电量较低时，提醒用户充电，并关机防止过放；充电完成时，切断电池充电回路，防止电池出现过充导致电池损坏。 在电池工作的全生命周期中，电量计用于确定电池的电量状态（SoC）和健康状态（SoH）， 进行电池荷电状态估算。

普通手机充电时经历大约四个阶段，均需电池管理芯片负责监控。1）恢复性充电：指电池 电量非常低的时候，防止大电流充电给电池造成损伤，而是以小电流给电池充电，把电池的 电压给升上来。2）恒流快充：电池的电压达到一定程度后，充电器开始给手机电池大电流 恒流充电，这个过程的充电电流比较大，可以快速的提升电池的电压。3）恒压充电：当电 池的电压快接近截止电压时，以小电流恒压充电，这个阶段也叫做安全充电阶段，可以使手 机电池达到比较好的性能。4）涓流细充：这个阶段电池已充满，如果将充电回路切断的话， 因为手机自身的待机会产生待机电流，导致手机会被再次充电，为了解决这种情况，就要通 过涓流细充来解决，通过这种方式可以将手机电池的电压维持在满电状态。普通手机充电四 大阶段均需要手机 BMS 系统参与，管理手机充放电功能。（报告来源：未来智库）

3.1.2. 智能手机性能迭代对 BMIC 要求不断提升，国产芯片加速替代

快充技术可以大大降低充电时间，正成为智能手机标配。据 Battery University，根据充电时 间及速度，充电方式可分为慢充、快充（rapid）、快充（fast）和超级快充。快充在电流、电 压方面均大于慢充，对电池的伤害程度大于慢充，但由于手机电池的国际标准为在 800 次充 放电过后，手机电池保持 80%以上的性能即为合格，结合手机更换时间通常为 2-3 年，因此 快充对手机通常不会对手机电池造成太大损耗。不同厂家纷纷推出快速充电技术，如 VOOC 闪充快速充电技术、高通 Quick Charge 2.0 快速充电技术、联发科 Pump Express Plus 快 速充电技术等。实现快充需要满足三要素：充电器、电池、charge IC。常规充电器的输出为 5 至 10W，快充最多可将其提高八倍，据电源网，iPhone 11 Pro 和 Pro Max 配备 18W 快速 充电器，Galaxy Note 10 和 Note 10 Plus 标配 25W 充电器，三星出售超高速 45W 充电器。

BMIC 是手机快充所需大功率电池的核心器件。快充电池分为两个阶段：第一阶段是向低电 量电池施加高电压，在 10-30 分钟内将电池充电到 50%到 70%，电池快速吸收电荷，不会 对电池长期健康产生重大不利影响；第二阶段是将最后 20%或 30%的电池电量充满，所需 时间与第一阶段相似，手机制造商将充电速度放慢防止损坏电池。电池管理系统密切监视这 两个充电阶段，并在第二阶段降低充电速度，使电池有时间吸收电荷而避免出现问题，BMS 芯片是手机快充所需大功率电池的核心器件。

智能手机机身轻便性与电池续航能力成两难选择，快充弥补手机续航难问题，电池管理芯片 发挥重要作用。手机厂商提高电池容量需要扩大体积，此举会导致机身重量和尺寸的增加， 厂商从用户体验和需求的视角出发，选择逐渐缩小电池容量。为弥补续航能力弱问题，厂商 需要手机支持快充，并配合相应充电头和充电线。多数国产旗舰手机快充可达 40W，远高于 5-10W 的普通充电器，大功率快充需匹配大功率充电头；相比普通充电线，安卓快充线内分 为 5 根线工作（2 根电源线，2 根数据线，1 根接地线），数据线负责充电头与手机电池管理 芯片的通讯。

各大手机厂商相继取消附赠充电头，转向快充充电器市场，快充趋势拉动 BMS 芯片需求。 2023 年 10 月，苹果官方宣布 iPhone12 不再附赠充电器，附赠数据线接口转为 Type-C to Lightening，据充电头网，仅 iPhone12 机型就给市场增加了上亿台 USB PD 快充设备，并 让数十亿规模的 PD 快充配件的市场得到释放。小米随后推出了配备充电器和没有配备充电 器的两种版本，魅族推出“绿色焕新计划”，用户可以凭借两个旧充电器换取一个全新的魅 族18充电器，华为于2023年4月起推出不含充电器和数据线版本。各大厂商纷纷效仿苹果， 节约硬件成本、物流成本及包装成本，取消附赠充电头预计将成行业趋势，并加快布局快充、 无线充电产品，此举有望进一步拉动手机电池管理 BMS 的需求。

5G 手机渗透率提升，耗能更高，对 BMS 芯片提出更高要求。随着 5G 手机全面普及，多摄 渗透率加速、120Hz 高刷屏、