Qorvo推出業界首個以單芯片支持高達20串電芯精確管理的BMS解決方案

受消費電子、新能源汽車、電動工具、電動兩輪車等應用端需求持續旺盛，鋰電池應用已經進入人們生活的方方面面。同時，隨著低碳可持續發展的逐步推進，光伏儲能市場持續擴大，電動船舶、電動飛行器等新興應用領域逐漸發展，繼而帶動鋰電池產業規模不斷擴大。

研究機構EVTank、伊維經濟研究院聯合中國電池產業研究院共同發布的《中國鋰離子電池行業發展白皮書（2024年）》數據顯示，2023年，全球鋰離子電池總體出貨量1202.6GWh，同比增長25.6%。

電池高效運作的背后，離不開內部電池管理系統（BMS）的參與。日前，全球領先的連接和電源解決方案供應商Qorvo在京舉辦以“春光作序，萬物更‘芯’”為主題的媒體日。

Qorvo致力于提供各種創新半導體解決方案，面向全球多個快速增長的細分市場，包括消費電子、智能家居/物聯網、汽車、電動汽車、電池供電設備、網絡基礎設施、醫療保健和航空航天/國防等。其中，在BMS領域，Qorvo展示了多項創新成果并與電池網深入探討相關技術與市場動態。

技術沉淀，成就BMS實力玩家

能夠看到的是，由于更為靈活高效，目前已經有越來越多的設備開始從傳統的交流供電轉換為電池供電，疊加全球減碳風向，更為綠色的供電方式成為首選。因此，在這種背景下，能夠確保電池安全、穩定和使用壽命的BMS，逐漸成為業界關注的焦點。

通俗地講，BMS就是一套管理、控制、使用電池包的系統。根據應用電壓不同，BMS通常以48V為中線分為高壓系統（大于48V）及低壓系統（小于48V），其中高壓系統主要應用在新能源汽車、儲能等領域；低壓系統則主要面向電動工具、電動兩輪車等領域。常規的BMS產品對于電池電壓、溫度等檢測方式近乎一致，可以實時監控采集電池的狀態參數。

由于BMS在電池領域重要性愈加明顯，從長遠發展來看，未來市場集中度提升，BMS廠商或將面臨競爭加劇壓力，而芯片則將是企業突破的關鍵點。

Qorvo的BMS方案注重集成化設計，通過將Fuel Gauging、SOC、SOH等算法集成到芯片內部，有效提高數據采集和計算的精度與速度，提升電池管理系統的靈活性。

據悉，Qorvo將高性能MCU和模擬前端（AFE）整合到單個芯片中，不僅簡化了系統架構，也提高了系統性能、可靠性和智能化水平。同時，這是業界首個能夠以單芯片支持高達20串電芯精確管理的BMS解決方案。

Qorvo資深客戶經理Yichi Zhang（張亦弛）在媒體日現場表示：“Qorvo的單芯片電池管理解決方案采用數?；旌霞夹g，并集成控制器、存儲和通信接口，可為多達20個串聯電芯的電池組（鋰離子、鋰聚合物和磷酸鐵鋰）提供全面的充放電控制和監測。借助豐富的軟硬件開發資源，該方案能夠極大地減少客戶開發周期，降低產品成本，同時提升產品的可靠性和靈活性。”

張亦弛與電池網交流時提到，Qorvo是在2021年左右開始規劃BMS產品，有客戶曾表示現有的分立BMS產品可能沒有辦法很好地滿足應用需求，而Qorvo在單顆芯片方案上有很多年的經驗，所以希望Qorvo提供一個單顆BMS方案。

截至目前，Qorvo BMS芯片產品已經量產兩個系列：PAC2214x和PAC2514x，這兩系列產品均采用單芯片方案。其中，PAC2214x內置Arm Cortex-M0 MCU，主頻50MHZ，Flash容量為32KB；PAC2514x則采用Arm Cortex-M4 MCU，主頻提升至150MHZ，Flash容量為128KB。

針對電池所需的安全和長續航的兩大需求，Qorvo BMS芯片從充放電管理、短路保護、過流過壓保護、電池監控、電池均衡、低功耗控制這六大功能為基礎，優化和管理電池效率和壽命。

據了解，Qorvo這兩款BMS芯片于2023年正式進入量產狀態，由于Qorvo最早的關注點在于電池包在工具行業的應用，因此第一代產品主要應用于園林工具以及電動兩輪車領域。

值得一提的是，在電動兩輪車上常見到的是48V、60V和72V供電，Qorvo的BMS單芯片最高支持20串的特性就可以通過單顆芯片覆蓋客戶不同電壓完整的應用需求，可以實現不同電壓的兼容設計。

極致安全，單芯片提供更優方案

根據國家消防救援局的統計，2023年全國共接報電動自行車火災2.5萬余起，造成82人死亡。

在新國標的實施、綠色出行等因素推動下，電動自行車鋰電池市場需求呈快速增長態勢。但由于產品質量問題、違規停放、充電不規范（過度充電、線路老化、充電器使用不當等）、安全意識不強等原因，電動自行車火災呈多發頻發趨勢。

當前，市場上銷售的電動自行車電池主要以鉛酸蓄電池和鋰電池為主，一般來說，鋰電池出現的安全問題主要表現為燃燒甚至爆炸，根源在于電池內部的熱失控。

安全事故頻發，電池包的安全性愈發受到關注。在張亦弛看來，電池包的安全性主要來源于兩個考慮點，第一個考慮點是電芯本身的質量是好是壞；第二個便是電池管理系統的保護功能和可靠性，該系統在電池包里起到一個核心的類似大腦一樣的作用，可判斷當前電芯是不是進入危險狀態，是不是要立即執行保護或者預警的功能。

對于Qorvo的BMS方案來說，一大優勢是有高性能的模擬前端AFE，基于分辨率高達16bit的ADC可以很精確采樣各個通道的電壓、電流狀態。同時，這個狀態采集牽扯到第二點優勢——高實時性，Qorvo的BMS方案不需要通過其他芯片來做輔助判斷，MCU直接可以通過電芯采樣，以及其他連接到MCU的相關傳感器采樣，很快執行電芯相關狀態運算，完成電芯的監控、保護功能。

目前，BMS行業參與企業大體分為3種類型：電池廠商、汽車整車企業、專業第三方BMS企業。

其中，像寧德時代等電池廠商以及比亞迪等整車企業，主要以自主研發和合作開發的方式開展BMS業務。不過，由于第三方BMS企業研發資源更集中，部分電池廠商則表示更希望專注于電芯研發，將研發精力都放在主營業務上，通過外采專業的BMS進行配套。

在張亦弛看來，目前確實有部分客戶考慮做自己的BMS芯片，但由于各行業所關注的核心問題不一樣，所發揮的優勢也不一樣。Qorvo是一個專業的芯片供應商，最大的優勢便在于Qorvo擁有資深和強大的芯片開發團隊以及積累了長期客戶服務的經驗，所以Qorvo可以在理解客戶應用需求的情況下，在最短的時間內開發出匹配客戶系統或者應用的產品。

儲能爆發，差異化產品提供價值

2023年是業界公認的工商業儲能元年，由于應用場景廣泛，并隨著峰谷電價、電力現貨等利好政策發布，新型儲能的商業模式日漸成熟，系統初始投資成本持續降低。

同時，隨著全球能源轉型戰略的持續推進以及各國政府對家庭儲能的政策支持和補貼，以歐美為主要市場的全球家庭儲能裝機量將繼續保持上升的趨勢。

除了電動工具和電動兩輪車以外，Qorvo也在把BMS產品逐步向其他應用推廣，比如乘用車市場以及儲能市場。

“Qorvo的BMS芯片對于單節電芯電壓輸入范圍還是比較寬的，對于不同類型的電芯都可以支持，后續會在現有的10-20串的基礎上，擴展到更低串數并完善產品的可堆疊化設計?！?/p>

談及進入儲能市場，電池網注意到，隨著儲能行業爆發式增長，部分原先做動力電池BMS的企業也已紛紛轉行做儲能BMS，且跨界入局儲能領域的BMS企業也正在變多，打法思路既有良性共促的也有性質惡劣的，市場競爭也愈演愈烈。

“越來越多的競爭對手進入BMS行業是大家最關心的問題，會不會說市場一下變成紅海，最后變成一個以價格戰為主的市場?！痹趶堃喑诳磥?，在儲能領域，客戶明顯地要把第一優先級放在產品本身的可靠性和穩定性上，客戶的需求已經不再是單一的電芯管理和保護，對連接、數據安全、智能化包括電芯的功能安全上也有更多的需求，單純以價格取勝最終會被淘汰出局，更高的產品價值才是BMS發展的正確方向。

目前，隨著百MWh級大型儲能電站，甚至GWh級儲能電站的大批量建設應用，想要實現大量儲能電池串并聯狀態下的高效管理，對于BMS技術要求十分之高，電池單體的細微之處便會影響到系統的整體性能壽命包括經濟性。

張亦弛認為，Qorvo現在的無線產品線以及傳感器產品線，后續或許可以與BMS方案相結合，從而在提升電池包安全及可連接性方面可以給客戶比較大的幫助。公司提供的BMS產品一定是有價值的，獨到的、差異化的產品，只要產品可以提供對應的價值，并不用擔心有越來越多的競爭對手進入這個領域。

“儲能市場是每一個BMS供應商都想進入的一個領域，因為市場容量、市場趨勢，以及市場需求都遠遠高于其他電池應用領域?！睆堃喑趶娬{，“相信我們很快就會看到Qorvo在儲能領域BMS的進展和成果?！?/p>

著眼未來，Qorvo持續創新突破

目前BMS主要是通過有線方式實現通信連接，尤其是對于大型電池系統而言，需要大量布線完成通信及隔離。但隨著電池技術的不斷發展，有線連接的方式會在成本上不斷提高，可靠性、重量和裝配難度的劣勢也會逐漸出現。

因此，市場正在推動無線BMS技術進入驗證和規模應用階段。

張亦弛也講到，對于傳統的菊花鏈電池系統來說，最大的挑戰，第一是線束成本，大型電池系統同時工作，線束所占的成本和空間，要遠比想象的要大；第二是線束老化問題，尤其是一些偏遠、國外人力成本比較高的地區，也是一個比較大的負擔；第三，便是線束的組裝、維護以及更換，需要人為干預的過程都有一定的電池組高壓安全風險。

也正因如此，Qorvo前瞻性地對有線BMS進行無線化，通過MCU內部集成藍牙等協議的無線通信模塊，提升電池管理系統的靈活性與智能化水平。

“預計在今年晚一些時候，我們就可以看到相關的無線BMS樣品?！睆堃喑趶娬{，Qorvo很早就布局了無線產品，利用BMS現有的SiP架構進行升級迭代對于Qorvo來說并不存在門檻。

值得注意的是，雖然液態鋰電池在近些年行業發展過程中依舊是市場應用主力軍，但固態電池、鈉電池、釩電池等下一代電池技術路線正在迎來高速成長期。目前，半固態電池及鈉電池已經逐步進入商業化運用階段，尤其是鈉電池在產品研發、產能建設、產業鏈培養、客戶驗證、良品率的提升以及示范項目的推廣方面都取得了階段性成果。

據了解，Qorvo在推動BMS業務的時候就已經充分關注到了固態電池、鈉電池等其他電池技術的發展方向。張亦弛介紹，不同的電池技術路線，可能在材料或結構上面會有一些變革，但最后反應到電池管理系統上面來，主要還是對電芯輸入電壓、電芯保護、電芯數量等參數的考量。

目前，Qorvo的BMS在兩個基本點上已經滿足了客戶的需求，首先就是單電芯的寬電壓域的支持；其次是高精度ADC可以提供有效的電芯監控和保護?；谶@兩點，Qorvo跟客戶緊密配合，根據客戶在產品規劃上的需求，靈活地對BMS產品線進行調整。

“目前看下來，在電池材料切換過程中Qorvo的BMS并不存在天然的障礙?！睆堃喑谥v道。

結語

展望未來，EVTank預計，全球鋰離子電池出貨量在2025年和2030年將分別達到1926.0GWh和5004.3GWh。

鋰電池行業繁榮發展的背后也存在著諸多難點，目前在BMS領域優秀級別的玩家仍是鳳毛麟角。正如張亦弛所言，滿足客戶的功能需求很簡單，大家都能做，但是涉及產品本身的質量和可靠性的時候，就需要對供應商的長期驗證過程，包括在BMS以外的產品在市面上是否具有良好質量口碑的過程，這個其實是一個更艱難和更長期的考驗。

Qorvo作為在半導體行業占有重要地位的跨國公司，通過BMS產品在未來電池領域又將迸發出怎樣的火花？我們拭目以待

*文章來源：電池網

審核編輯：劉清