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2022年电池管理芯片市场空间、驱动因素及相关公司研究报告(83页).pdf

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2022年电池管理芯片市场空间、驱动因素及相关公司研究报告(83页).pdf

1、2022 年深度行业分析研究报告 内容目录内容目录 1. BMS是电池产业链的重要组成部分是电池产业链的重要组成部分 . 9 1.1. 电池相关概念及产品形态 . 9 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 .11 2. BMS涉及多类型芯片,市场空间广阔涉及多类型芯片,市场空间广阔 . 14 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 . 14 2.2. BMIC 芯片市场空间广阔,国产替代前景可期 . 18 3. 消费电子:快充、消费电子:快充、5G、智能水平提升等助力、智能水平提升等助力 BM

2、IC 快速发展快速发展 . 22 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 . 22 3.1.1. BMS 参与充放电全过程 . 22 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 . 24 3.2. 笔记本电脑及平板电脑:市场规模平稳,技术难度更高. 27 3.3. 智能手表:功能多样化催生电池管理芯片需求进一步提升 . 29 3.4. TWS 耳机:续航能力等性能提升增加 BMIC 芯片需求 . 31 4. 动力电源:高压平台对动力用动力电源:高压平台对动力用 BMIC 提出更高要求提出更高要求 . 32 4.1. 动力

3、电池需要高可靠、绝对安全,市场空间更大也更具挑战性 . 32 4.2. 动力 BMS 系统及芯片技术门槛高、认证壁垒高,国内企业加大研发布局 . 36 4.3. 汽车 BIMC 主要硬件电路:主动均衡、AFE、MCU、隔离电路等 . 43 4.3.1. AFE 模块:实现电池信息采集、状态监测等功能. 43 4.3.2. 电池均衡模块:提升电池续航时间和循环寿命 . 45 4.3.3. 计算单元(MCU 等) :实现控制、计算等功能. 46 4.3.4. 隔离电路:实现高低压模块间电气隔离 . 47 4.4. 供需两端齐助推,国产 BMS 前景可期 . 48 4.4.1. 供给端:整车厂、电池

4、企业、第三方 BMS 厂商共同参与 . 48 4.4.2. 需求端:受新能源车渗透率快速提升, BMS 行业“水涨船高” . 50 5. 储能设备:储能设备:BMS是储能系统核心组件是储能系统核心组件 . 54 5.1. 储能电池产业链概述 . 54 5.2. 储能电池 BMS 是电化学储能系统的核心组件 . 55 6. BMS芯片相芯片相关公司关公司 . 57 6.1. 中颖电子(300327.SZ) :深耕锂电池管理芯片,业务有望持续增长 . 58 6.2. 芯海科技(688595.SH) :全信号链芯片设计龙头,ADC+MCU 双轮驱动. 60 6.3. 赛微微电(688325.SH)

5、:国内少数覆盖电池管理芯片全系列的企业 . 62 6.4. 圣邦股份(300661.SZ) :国产模拟芯片龙头,核心技术积累深厚 . 64 6.5. 力芯微(688601.SH) :专注电源管理,消费电子市场业务领先 . 65 6.6. 希荻微(688173.SH) :DC/DC 领先企业,充电管理芯片持续发展. 67 6.7. 英集芯(688209.SH) :国内电源管理芯片、快充协议芯片重要供应商 . 68 6.8. 纳芯微(688052.SH) :国内数字隔离器芯片领先企业,汽车电子持续布局 . 70 6.9. 上海贝岭(600171.SH): 聚焦电源管理新赛道,国产模拟电路领先者 .

6、 72 6.10. 兆易创新(603986.SH) :国产 MCU 龙头,MCU 系列芯片适用于 BMS . 74 6.11. 纳思达(002180.SZ) :国产打印龙头,非打印机芯片发展进入快车道. 76 6.12. 国芯科技(688262.SH) :国产 CPU 领军者,汽车电子 MCU 领先. 78 6.13. 欣旺达(300207.SZ) :锂离子电池模组龙头,动力电池进入高速发展期 . 80 6.14. 德赛电池(000049.SZ) :深耕锂电池技术,储能及 SiP 打开成长空间 . 82 6.15. 比亚迪半导体(拟上市) :国内汽车巨头拟分拆上市,车规技术具备优势. 84 图

7、表目录图表目录 图 1:不同电池形态. 9 图 2:动力电池包拆解 . 9 图 3:电池 pack 行业发展历程 .11 图 4:电池 pack 产业链 . 12 图 5:2017-2022 年中国动力电池装机量(GWh) . 13 图 6:2008-2021 年国内锂电池月产量(亿只) . 14 图 7:2014-2023 年我国电池 pack 行业市场规模(亿元) . 14 图 8:电池管理系统细分功能模块. 14 图 9:电源管理芯片、电池管理芯片分类 . 15 图 10:TI 典型电池包(使用分立电量计). 16 图 11:TI 典型电池包(使用集成保护功能的电量计) . 16 图 1

8、2:TI 电量计系统框图 . 17 图 13:TI pack-side 和 system-side 电量计框图 . 17 图 14:充电管理芯片的环路控制 . 17 图 15:典型的锂离子电池充电曲线. 17 图 16:BMS 产业链. 18 图 17:BMIC 配备 MCU 和 AFE 芯片 . 20 图 18:MCU 和 AFE 芯片高集成解决方案 . 20 图 19:瑞萨电池管理芯片产品架构. 20 图 20:全球 BMS 市场规模(亿美元). 21 图 21:全球电池管理芯片市场规模(亿美元) . 21 图 22:电源管理芯片在手机上的应用 . 23 图 23:荣耀 9i 充电速度曲线

9、 . 24 图 24:五款高端手机快充对比. 25 图 25:HMOV 手机快充参数 . 25 图 26:安卓快充线内部结构 . 25 图 27:小米充电器部分产品 . 26 图 28:2021 年全球智能手机出货量和增长(百万) . 27 图 29:20192023 年全球 5G 手机出货量(亿部) . 27 图 30:2020 年全球快充市场格局 . 27 图 31:2021 年 75 款新机充电功率分布 . 27 图 32:笔记本电脑锂电池充电四个阶段. 28 图 33:典型笔记本电脑电池的连接. 28 图 34:2016-2025 年全球笔记本电脑出货量(亿台) . 29 图 35:2

10、016-2025 年全球平板电脑出货量情况(亿台) . 29 图 36:智能手表结构拆解. 30 图 37:智能手表六大应用领域. 30 图 38:2022 年中国智能手表常用功能 . 30 图 39:2018-2021 年全球智能手表出货量(万台) . 31 图 40:2021 年全球智能手表出货量 top9 品牌占比 . 31 图 41:2018-2021 年全球智能手表出货量(万台) . 31 图 42:TWS 耳机结构拆分 . 31 图 43:2018-2020 年中国 TWS 耳机出货量(万副) . 32 图 44:全球 TWS 耳机出货量及所需电池管理芯片数. 32 图 45:20

11、20 年我国电动车起火原因及电池故障因素 . 33 图 46:特斯拉纯电动平台. 33 图 47:新能源汽车锂电池监控拓扑图 . 35 图 48:全球锂电池每 kWh 成本下降趋势 . 35 图 49:汽车 BMS 常见系统架构 . 36 图 50:锂电池使用范围受限 . 37 图 51:汽车锂电池管理 ISO SPI 架构. 39 图 52:汽车锂电池管理菊花链架构. 39 图 53:TI 无线 BMS 解决方案 . 40 图 54:ADI 无线 BMS 解决方案. 40 图 55:TI 无线 BMS CC2662R-Q1 系统框图 . 40 图 56:我国汽车 BMS 行业发展历程 . 4

12、1 图 57:BMS 产业五大壁垒 . 42 图 58:ADI 典型 12 节 BMIC-AFE 芯片电路图(芯片型号 MAX17843). 43 图 59:车规级 AFE 典型企业、产品图谱及关键指标. 45 图 60:ADI 主动均衡电路框图 . 46 图 61:ADI 48V 油电混合 BMS 系统框架图 . 47 图 62:纳芯微高压储能 BMS 隔离产品示意图 . 47 图 63:2020 年国内 BMS 装机量竞争格局. 48 图 64:2021 年我国 BMS 装机量 top10 . 48 图 65:新能源汽车成本占比 . 49 图 66:电动汽车、插电式混合动力汽车电池成本占比

13、. 49 图 67:新能源汽车结构组成 . 50 图 68:2021 年全球新能源汽车销量(辆) . 51 图 69:中国 2016-2025 年新能源汽车渗透率. 51 图 70:CTP 与传统电池包对比. 52 图 71:磷酸铁锂电池与三元锂电池的正负极材料对比. 53 图 72:2021 年磷酸铁锂与三元电池装车量(GWh) . 53 图 73:2020-2025 年中国新能源汽车 BMS 市场规模(亿元). 54 图 74:储能模式分类. 54 图 75:储能电池下游典型应用场景. 55 图 76:电化学储能系统结构示意图. 56 图 77:储能系统成本构成. 56 图 78:储能 B

14、MS 主要功能 . 56 图 79:中颖电子 2018-2021 年营收结构(百万). 58 图 80:中颖电子 2018-2021 年归母净利润及毛利率(百万) . 58 图 81:中颖电子主要产品. 58 图 82:中颖电子电池管理系列芯片. 58 图 83:中颖电子动力电源系列产品. 59 图 84:芯海科技 2018-2021 年营收和净利润(百万). 60 图 85:芯海科技 2018-2021 年毛利率 . 60 图 86:芯海科技信号链芯片应用 . 60 图 87:芯海科技三大产品线 . 60 图 88:芯海科技 BMS 电量计芯片六大核心优势. 61 图 89:芯海科技 CHI

15、PSEA 电量计应用框图 . 61 图 90:赛微微电 2018-2021H1 营收结构(百万). 62 图 91:赛微微发展历程 . 63 图 92:圣邦股份 2018-2021 年营收和毛利率(百万). 64 图 93:圣邦股份 2018-2021 年归母净利润(百万) . 64 图 94:圣邦股份锂电池充电管理系列芯片 . 64 图 95:力芯微 2018-2020 年营收和毛利率结构(百万) . 65 图 96:力芯微 2018-2021 年归母净利润(百万). 65 图 97:力芯微产品及应用领域演变情况. 65 图 98:力芯微主要产品及技术参数. 66 图 99:希荻微 2018

16、-2021 年营收结构(百万) . 67 图 100:希荻微 2018-2021 年毛利率. 67 图 101:希荻微主要产品在终端设备上的应用. 67 图 102:英集芯芯片产品主要应用领域 . 68 图 103:英集芯主要品牌客户 . 68 图 104:英集芯 2018-2021H1 营收结构(百万) . 68 图 105:英集芯移动电源方案高集成. 69 图 106:英集芯移动电源芯片演进 . 69 图 107:英集芯快充协议芯片演进 . 69 图 108:纳芯微主要产品 . 70 图 109:纳芯微产品应用布局 . 70 图 110:纳芯微 2018-2021H1 营收结构(百万) .

17、 70 图 111:纳芯微数字隔离芯片信号处理图示. 71 图 112:纳芯微数字隔离芯片在新能源汽车上的应用 . 71 图 113:上海贝岭 2017-2021 年营业收入(亿元) . 72 图 114:上海贝岭 2017-2021 年归母净利润(亿元) . 72 图 115:上海贝岭智能电表产品方案 . 72 图 116:兆易创新 2018-2021 年营收结构(百万) . 74 图 117:兆易创新主要产品 . 74 图 118:兆易创新 GD32L233 系列 Cortex-M23 内核低功耗 MCU . 75 图 119:兆易创新 GD32L233 系列 MCU 产品组合 . 75

18、图 120:纳思达旗下业务模块及概况. 76 图 121:纳思达 2018-2021 年营业收入及毛利率(亿元) . 76 图 122:极海半导体发展历程 . 77 图 123:国芯科技 2018-2021 年营业收入(亿元). 78 图 124:国芯科技 2018-2021 年归母净利润(亿元) . 78 图 125:国芯科技三大业务板块. 78 图 126:欣旺达 2017-2021 营收结构(亿元). 80 图 127:欣旺达 2017-2021 净利润(亿元) . 80 图 128:欣旺达产业布局 . 81 图 129:德赛电池发展历程. 82 图 130:德赛电池 2017-2021

19、 年营业收入(亿元). 82 图 131:德赛电池 2017-2021 年归母净利润(亿元) . 82 图 132:德赛电池 2021 年营收结构. 83 图 133:比亚迪半导体 2018-2021H1 营收结构(百万). 84 图 134:比亚迪半导体 2018-2021H1 毛利率 . 84 图 135:比亚迪车规级半导体在新能源汽车中的应用 . 85 表 1:部分电池包典型产品及参数概览. 10 表 2:电池分类.11 表 3:国内电池 pack 主要应用及市场状况概览 . 12 表 4:国内电池 pack 行业主要参与企业 . 13 表 5:三种电池管理芯片典型产品功能拆分. 15

20、表 6:充电 IC 细分种类及主要功能 . 18 表 7:动力电源、消费电子细分领域 BMS 芯片种类、技术及下游销量概览. 19 表 8:全球主要模拟集成电路十大厂商. 21 表 9:BMS 行业相关政策梳理 . 22 表 10:四种充电方式比较. 24 表 11:苹果与华为手机相关参数及充电情况梳理 . 26 表 12:2021 年全球前五大笔记本电脑供应商出货量及市场份额 . 29 表 13:汽车动力电池和手机电池比较 . 32 表 14:动力电池 Cell、Module、Pack 定义. 34 表 15:部分新能源车高低配电池包参数. 34 表 16:整车企业和电芯企业展开深度合作 .

21、 36 表 17:电池状态估计概览. 37 表 18:BMS 均衡技术分类 . 37 表 19:国内外主流 BMS 供应商技术参数对比 . 38 表 20:BMS 集中式、分布式、半集中式结构比较 . 38 表 21:BMS 主动均衡和被动均衡比较. 39 表 22:有线 BMS 和无线 BMS 比较 . 40 表 23:BMS 精度要求 . 41 表 24:部分 AFE 芯片产品采样通道数及价格统计(截至 2022 年 4 月) . 44 表 25:车规级芯片行业壁垒较高 . 46 表 26:动力电池 BMS 主要涉及企业类型比较 . 48 表 27:BMS 芯片部分厂商产品及价格(截至 2

22、022 年 3 月) . 49 表 28:多家车企宣布停售燃油车 . 51 表 29:“CTP 电池” VS “刀片电池” . 52 表 30:动力电池与储能电池的不同之处. 55 表 31:BMS 相关公司及锂电管理业务概览. 57 表 32:南京微盟三大产品线 . 73 表 33:国芯科技 Power 指令集相关 CPU IP 产品 . 79 表 34:国芯科技在研汽车电子 MCU 产品 . 79 1. BMS 是电池产业链的重要组成部分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。电池产业链涉及的基本概念。电池产业链涉及概念

23、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、电池包主要由电芯、BMS、连接器、热管理组件、结构件等组成、连接器

24、、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

25、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。 图图 1:不同:不同电池形态电池形态 图图 2:动力电池包拆解动力电池包拆解 资料来源:搜狐网,安信证券研究中心 资料来源:激光制造网,安信证券研究中心 表表 1:部分电池包典型产品及参数概览部分电池包典型产品及参数概览 品类 产品介绍 产品特点 产品外观 厂家 手机电池 55W 超快闪充+ 4440mAh 超大电池 最大充电功率提升至 55W,双连接器充电,转化率高达 97%,15 分钟,即可为 4440mAh(典型值)的电池充满 50%。 电芯:锂离子聚合物 容量:440

26、0mAh 工作电压:3.85V 终止放电电压:3.0V 充电电压:4.4V 充电电流:10A MAX(10A MAX to 4.25V) 放电电流:4.37A MAX 尺寸:80.4*63.5*5.82mm 欣旺达 笔记本电池 ThinkPad X200,锂离子电池 电池容量: 5200MAh 电压: 11.1V 电芯数量:6 参考时间: 2-3 小时 尺寸:206.5*54*21.42mm ThinkPad P AD电池 电池为内臵软包电池,容量达5100mAh, 采用双 IC双 MOS方案,多重保护,侧边 U型胶纸保护,提高电芯自身的抗刺破强度。 应用领域:3C智能平板 电芯:锂离子聚合物

27、 典型容量:5100mAh 工作电压:3.82V 放电截止电压:3.0V 充电电压:4.4V 标准充电电流:0.2C 标准放电电流:0.2C 尺寸:119mm*98.5mm*2.8mm 欣旺达 TWS 耳机电池 电池采用商标一体化包裹,外观美观,体型小巧。电池支持快速充电, 减少充电时间。 应用领域/特点: 智能穿戴类电池/蓝牙耳机盒电池 电芯:锂离子聚合物 容量:400mAh 工作电压:3.85V 终止放电电压:3.0V 充电电压:4.4V 充电电流:415mA MAX 放电电流:400mA MAX 尺寸:34.6*18.5*5.55mm 欣旺达 智能手表电池 电池是双电芯组合,电池容量大,

28、充电一次,续航 48H。 电芯:锂离子聚合物 容量:580mAh (MIN) 工作电压:3.85V 终止放电电压:3.0V 充电电压:4.4V 充电电流:1000mA MAX 放电电流:580mA MAX 尺寸:28.28*30.1*5.99mm 欣旺达 手持吸尘器电池 采用 6S1P电芯组合方案,含四重保护, 搭配 MCU对温度、电压、电流智能实时监控,智能化管理及维护各个电池单元,防止电池出现过充电、过温度和过放电,延长电池的使用寿命。电池的安全性佳,性能强,放电倍率高。 电池类型 锂离子电池 组合方式 6S1P 额定容量 2500mAh 额定电压 21.6V 充电限制电压 25.2V 充

29、放电倍率 0.3C/370W(14C) 尺寸 135.9*79.4*33mm 欣旺达 扫地机电池 采用 4S2P电芯组合方案,四重保护,防水防震动跌落结构,安全性佳,性能强,寿命长,5200mAh 超长待机。 电池类型:锂离子电池 组合方式:4S2P 额定容量:5200mAh 额定电压:14.4 充电限制电压:16.8V 充放电倍率:0.5C/1C 尺寸 43.4*142.1*44.5mm 欣旺达 资料来源:各公司官网,安信证券研究中心 电池电池 pack 技术主要受下游市场需求驱动而不断发展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、主要应用场景包括笔记本

30、 、 智能手机、等消费电子电池,新能源汽车等动力电池等消费电子电池,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

31、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。 表表 2:电池分类电池分类 分类方法分类方法 具体类型具体类型 分类方法分类方法 具体类型具体类型 电芯正极材料 钴酸锂电池 壳体材料 铝壳电池 锰酸锂电池 钢壳电池 磷酸铁锂电池 软包电池 镍钴锰酸锂三元材料电池 电池用途 一次性锂锰电池 电芯配臵方式 单体先并联后串联电池 高容量电池 单体串联成模组后进行并联电池 高倍率电池 模组并联后再串联电池 高温

32、电池 模组串联后再并联电池 下游应用 动力电池 电池形状 圆柱电池 手机数码电池 方形电池 笔记本电脑电池 软包结构电池 其他功能类电池 资料来源:头豹研究院,安信证券研究中心 图图 3:电池电池 pack 行业发展历程行业发展历程 资料来源:头豹研究院,安信证券研究中心 1.2. 动力电池需求高涨助推电池动力电池需求高涨助推电池 pack 市场高景气市场高景气,BMS 持续受益持续受益 电芯和电芯和 BMS 是电池是电池 pack 产业链核心产业链核心。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

33、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。 图图 4:电池电池 pack 产业链产业链 资料来源:头豹研究院,安信证券研究中心 我国我国消费电子电池产业链日趋成熟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

34、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。 表表 3:国内电池国内电池 pack 主要应用及市场状况概览主要

35、应用及市场状况概览 类型类型 电芯状况电芯状况 我国我国市场市场情况情况 参与企业类型参与企业类型 代表企业及特征代表企业及特征 笔 记 本电 脑 电池 pack 四节、六节或八节电芯 基本由台企占据龙头地位 基本为专业电池 pack企业,少量电芯厂商和BMS 厂商 新普、顺达、加百裕、新鼎力,进入行业时间早、下游客户资源丰富,占据显著份额 手 机 数码 电 池pack 单节、高能量密度电芯 新生产业链转移至中国大陆,我国企业占据大部分市场份额 基本为专业电池 pack企业,少量电芯厂商和BMS 厂商 德赛电池、欣旺达、飞毛腿、广州明美等电池 pack厂商采用更轻巧的软包电池,占据大部分电池p

36、ack市场份额,其中欣旺达、德赛电池等企业生产手机数码电池 pack 的 BMS 产品 动 力 电池 pack 上千节电芯串并联 仍处于成长阶段 电芯生产企业、整车企业和专业电池 pack 企业三股势力市场占比分别为 60%、20%、20% 电芯生产企业:通过上游原材料延伸至中游电池 pack,宁德时代、中航锂电、国轩高科等涉足,多采取兼顾电池 pack 和 BMS,具有全产业链技术优势 整车企业:由下游应用终端切入中游电池 pack,以提高产品一致性和减少对中游供应商的依赖性,比亚迪、长城汽车等涉足,但在电池、电芯选择方面灵活度弱 专业电池 pack 企业:技术优势较大,擅长动力电池 pac

37、k 定制化设计和BMS 解决方案,但该类型企业较少,市场规模较小,国内有江淮华霆和光宇等企业 资料来源:头豹研究院,安信证券研究中心 表表 4:国内电池国内电池 pack 行业主要参与企业行业主要参与企业 市场分类 主要企业 成立时间 竞争优势 笔记本电脑电池 pack 新普科技 1981.4 进入行业时间早,笔记本电脑电池全球市占率第一,建立全球供应链 顺达科技 1998.7 集新能源汽车动力电池材料、电池和电池管理系统及电机、电控等关键零部件研发、生产和销售于一体 手机数码电池 pack 德赛电池 1985.9 全球中小型移动电源领域领导厂商之一,在智能手机、电工工具等中小型移动电源管理系

38、统和封装领域全球领先 欣旺达 1997.12 拥有完全自主知识产权的 BMS, 中国电池 pack 领军企业之一,建立了电动汽车电池包领域的完整研发制造能力 飞毛腿 2006.7 中国锂离子电池领域设计能力突出、配套能力完善的锂离子电池模组制造商之一 动力电池pack 电芯生产企业 中航锂电 2009.9 年产能超过 50GWh,规模居行业前列 宁德时代 2011.12 中国率先具备国际竞争力的动力电池制造商,覆盖电芯、模组、整车电池包全产业链 整车企业 比亚迪 1995.2 掌握电机电控的核心技术并拥有独立电机电控厂,是中国动力电池 pack 龙头企业之一 专业 pack企业 珠海冠宇 20

39、07.5 全球前五的聚合物锂离子电池供应商之一 华霆动力 2009.1 与车企直接合作,专注乘用车 pack,圆柱电池产线规模居国内第一 资料来源:头豹研究院,安信证券研究中心 我国电池我国电池 pack 行业受动力电池需求拉动影响行业受动力电池需求拉动影响 , 市场规模有望高速增长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 2021 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2022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

40、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, 2021 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。 图图 5:2017-2022 年中国动力电池装机量年中国动力电池装机量(GWh) 资料来源:中国汽车动力电池产业创新联盟,中商产业研究院,安信证券研究中心 36.4 57 62.2 63.6 154.5 229.9 05002002020212022E 图图 6:2008-2021 年国内锂电池月产量

41、(亿只)年国内锂电池月产量(亿只) 图图 7: 2014-2023 年我国电池年我国电池 pack 行业市场规模行业市场规模 (亿元亿元) 资料来源:国家统计局,安信证券研究中心 资料来源:头豹研究院,安信证券研究中心 2. BMS 涉及多类型芯片,市场空间广阔涉及多类型芯片,市场空间广阔 2.1. BMS 系统充当电池系统充当电池管家、管家、保姆角色保姆角色,电池计量电池计量 IC、电池安全电池安全 IC、充电管理、充电管理IC 各司其职各司其职 BMS即即 BATTERY MANAGEMENT SYSTEM,称为称为电池管理系统电池管理系统,在电池运作系统中充当在电池运作系统中充当“电池保

42、姆”的角色“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。 图图 8:电池管理系统细分功能模块电池管理系统细分功能模块 资料来源:华经产业研究院,CSDN,安信证券研究中心 BMS中硬件为中硬件为 BMIC,主要包括电池计量芯片、电池安全芯片、充电管理芯片主要包括电池

43、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。 05101520-12201

44、0------122021-12205.4 559 670.6 937.2 1200 1480.5 1824 2187 2570 3244.7 05000250030003500 图图 9:电源管理芯片电源管理芯片、电池管理芯片电池管理芯片分类分类 资料来源:CSDN,赛微微电招股说明书,安信证券研究中心 表表 5:三种电池管理芯片典型产品功能拆分三种电池管理芯片典型产品功能拆分 种种类类 型号型号 主要功能主要功能 功能特性功能特性 应用领应

45、用领域域 典型应用电路典型应用电路 电池计量芯片 CW2217B 单节锂电池电量计芯片 监测电池充放电状态下的电压, 电流和温度, 准确计算电池的剩余电量 应用于系统侧或电池包内; 14-bit 模数转换器进行温度和电压检测 ; 16-bit 模数转换器进行电流检测; 支持低至 1m的检流电阻; 无学习周期; 低电量警示中断; 支持 NTC测温; 功耗为工作模式 12A、休眠模式 0.5A; I2C接口; 封装为 WLCSP-9 1.58mmx1.53mm 智能手机、 TWS耳机、IOT 设备 电池安全芯片 CW1011 集成MOSFET单节保护IC 支持过充、过放、 过流以及过温保护 过充电

46、检测功能(阈值范围 4.180V4.550V,15mV 精度) ; 过放电检测功能(阈值范围 2.100V3.000V,40mV 精度) ; 内臵低侧 54m充放电 MOS; 高精度充放电过电流检测; 过电流保护:放电过流检测1 阈值范围(0.20.4A, 精度25%; 0.41.0A, 精度15%) 、放电过流检测2阈值范围 (0.42.0A, 精度15%) ;负载短路检测阈值范围(0.84.0A,精度15%) ;充电过流检测阈值范围(-2.0-0.4A,精度15%;-0.4-0.2A,精度25%) ; 内臵所有保护功能延时; 低功耗设计(工作状态 2.5A (25C),低功耗状态 20nA

47、 (25C)) ; 封装形式为 DFN-6 1.5mmx2mm TWS 耳机、 智能手表手环、 移动穿戴设备、 其他单节锂离子及锂聚合物电池包 充电管理芯片 CW6116 3A 开关式充电芯片 采用低导通阻抗设计, 提升充电效率, 减少充电时间。 单输入 3A 开关式充电(3.8V13.5V 输入工作电压,+28V 最大耐压;0.5% 充电电压调制精度,5% 充电恒流精度1.5A;可编程输入电流门限,兼容 USB 2.0/USB3.0 和 Type-C标准;集成功率 MOSFET;支持 USB OTG,最大 1.5A 输出电流) ; 支持电源路径管理(对过放电电池,系统也可即刻开机;系统电流和

48、充电电流智能分配) ; I2C 控制接口; 支持充电状态异常中断报警; 集成热管理和过温保护; 支持过压和过流保护; 封装 QFN 4mmx4mm 智能手机、 平板电脑、 手持终端 资料来源:赛微微电官网,安信证券研究中心 电量计电量计 IC 负责采集电池信息并计算电量负责采集电池信息并计算电量,与电池保护与电池保护 IC 可以分立,也可以集成可以分立,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

49、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。 图图 10:TI 典型电池包(使用分立电量计)典型电池包(使用分立电量计) 图图 11:TI 典型电池包典型电池包(使用集成保护功能的电量计使用集成保护功能的

50、电量计) 资料来源:TI官网,安信证券研究中心 资料来源:TI官网,安信证券研究中心 硬件硬件、算法算法、固件是电量计的三大核心固件是电量计的三大核心,pack-side 电量计更具优势电量计更具优势。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

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