半导体：市场空间广阔，电池管理（BMS/BMIC）芯片国产替代进程加速

电池管理系统（BMS）是电池“管家”、电池“保姆”，让电池更加“安全、高效、长寿命”工作。电池管理系统（BMS）主要功能是实现电池单元的智能化管理及维护，通过状态监测、异常故障保护等方法，监管电池状态，延长电池使用寿命，已在各类电子电气设备中得到广泛应用。BMS系统涉及算法、硬件电路、软件等，该领域长期被TI、ADI等国际模拟龙头垄断，市场空间广阔。 多重因素利好国产BMS产业发展，有望加速进入发展快车道。一是消费电子领域已经取得突破，动力能源领域加大布局力度，该领域长期被欧美企业垄断，但随着国内企业在BMS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。二是中国具备电子产品终端整机及电池产业链优势，在发展自主品牌BMS方面具有较强话语权，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，国产电池pack厂在全球市场中也已经占据重要地位。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、隔离等芯片，近年来国家出台众多政策扶持汽车电子及电池管理相关芯片行业发展，自主芯片行业有望更上一层楼。 电池管理芯片系电源管理细分赛道，主要产品形态包括电池计量（电量计）、电池安全、充电管理等三大类芯片。电池管理芯片属电源管理细分赛道，电池计量芯片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；电池安全芯片主要用于电池状态监控和电池单体均衡，避免出现过充、过放、过流和短路等故障；充电管理类芯片用于完成电压转换、调节，电池充电管理以及过压过流保护等功能。 消费电子市场：国产芯片的产品竞争力持续提升，市场份额快速提升。 消费电子领域，手机、笔记本电脑、智能穿戴（耳机、手表）、电动工具（机器人、吸尘器）等均需电池管理芯片。根据IDC等数据统计，2021年手机、PC、PAD、手表、耳机等销量（部/台）分别为13亿、2.7亿、1.7亿、1.3亿、3.1亿。其中，电池安全为各类电子设备的必须芯片。随着快充、5G、大容量电池等技术的普及，手机、笔记本电脑、PAD、高端手表及耳机则对电池计量芯片提出更高、更迫切的需求，高精度、高可靠的电池计量功能已成为主流选型。我们认为，在消费电子BMS领域，国产芯片性能已不逊色于TI等产品且有赶超趋势，且受TI等产品缺货影响，国内龙头企业产品已经导入华为、小米、Oppo、Vivo、荣耀等并加速放量，未来1-2年是国产化份额快速提升的窗口期，相关企业业绩有望得到兑现。 新能源汽车市场：市场空间广阔，可靠性要求极高，仍被ADI/TI垄断，国内企业前瞻布局。根据CleanTechnica等数据，2021年全球新能源乘用车累计销量达649.54万辆，同比涨108%；根据工信部数据，2021年，我国新能源汽车销售352.1万辆，同比增长1.6倍。据头豹研究院和电车资源网，新能源汽车中，动力电池成本占比约40%。动力电池中BMS及热管理系统合计成本占比约10%，车用BMIC涉及AFE、MCU、主动/被动均衡电路、隔离与接口芯片等。部分国内企业已开始车用多节电池管理类产品的研发布局，但该市场仍被欧美等模拟龙头企业垄断，如ADI、TI、ST、英飞凌、NXP、瑞萨、松下等。我们认为，在新能源汽车领域，国内龙头企业正从不同角度切入动力BMS，未来3-5年产品及技术有望得到突破，随着国内新能源汽车产业链在全球话语权的提升，车用BMS业务有望成为国产锂电管理企业的第二成长曲线。 储能市场前景广阔：储能技术主要包括热储能、电储能、氢储能等，其中电化学储能在电力系统中应用较为广泛。通过电化学储能技术，电能以化学能的形式存储下来，并适时反馈回电力网络。从技术路径来看，电化学储能的实现靠储能电池实现，储能电池主要以锂离子电池、铅蓄电池和钠基电池等储能技术为主。电池管理系统（BMS）是电化学储能系统的重要组成部分，主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等。完整的电化学储能系统主要由电池组、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）、储能变流器（PCS）以及其他电气设备构成。根据国际能源网等数据，储能系统的成本构成中，电池是储能系统最重要的组成部分，成本占比60%；其次是储能逆变器，占比20%，EMS（能量管理系统）成本占比10%，BMS（电池管理系统）成本占比5%，其他为5%。 相关标的：模拟IC企业、数模混合IC企业及MCU企业各具特色，从不同角度进军电池管理。电池计量芯片属数模混合型芯片，电池安全、充电管理芯片功能则更贴近传统电源管理芯片。电池计量芯片的核心涉及计量算法、AFE/ADC及计算电路等，主要技术壁垒体现在计量精度、管理电池串数、平台电压、功耗水平等，其中AFE自带ADC库仑计等能测电流等数据，但没有处理器核，无法处理电流数据，一般需要配合MCU等实现电量计功能，这是中颖电子（模拟+MCU）、芯海科技（ADC+MCU）等为代表的数模混合IC企业切入电池计量赛道的逻辑，同时中颖电子具备电池安全芯片产品。赛微微电则聚焦电池管理赛道，提供计量、安全及充电管理产品。以圣邦股份、力芯微、希荻微为代表的领军模拟IC企业，在电源管理产品技术方面有深厚积淀，产品更多覆盖充电管理芯片或电池安全芯片。英集芯为国内电源管理芯片、快充协议芯片重要供应商。以国芯科技、兆易创新、纳思达（极海）等为代表的MCU/CPU企业，则发挥其计算、控制优势，自研BMS MCU，或配合自研、外采AFE芯片布局锂电管理解决方案。 纳芯微隔离与接口芯片应用于汽车BMS，实现国内主流厂商批量供货。 以比亚迪半导为代表的企业，聚焦车规产品技术研发，且具备应用场景优势，BMS领域进展同样值得期待。欣旺达、德赛电池、宁德时代等作为国内领军电池PACK企业，将受益电池产业发展及国产化替代。 风险提示：研发进度不及预期，市场开拓不及预期，国产化替代不及预期。 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。 图1：不同电池形态 图2：动力电池包拆解 表1：部分电池包典型产品及参数概览 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。 表2：电池分类 图3：电池pack行业发展历程 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。 图4：电池pack产业链 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。 表3：国内电池pack主要应用及市场状况概览 表4：国内电池pack行业主要参与企业 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5：2017-2022年中国动力电池装机量（GWh） 图6：2008-2021年国内锂电池月产量（亿只） 图7：2014-2023年我国电池pack行业市场规模（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。 图