在新能源技术快速发展的背景下,电池作为能量存储和转换的关键组件,在电动汽车、移动设备、储能系统等多个领域发挥着至关重要的作用。锂电池因其高能量密度、长循环寿命和低自放电率等优点,成为目前最主流的电池。
而AFE(Analog Front End,模拟前端)芯片在储能系统,尤其是那些基于锂离子电池的系统中扮演着关键角色。可以对电池进行实时监测、状态估计、充电和放电控制,具备保护功能、均衡控制、数据传输和通信、浪涌保护等多种功能,是储能系统中不可或缺的部分,保证了电池系统的安全性和效率。
根据研究机构的数据,全球锂离子电池总出货量达957.7GWh,其中储能电池出货量同比增长140.3%,市场需求快速增长。
随着储能市场的发展,BMS AFE芯片需求连年以双位增速增长,预计未来6年全球BMS AFE市场有望连续保持20%的高速增长,中国市场销售额增速将达到45%。
不过储能BMS AFE芯片市场长期被欧美厂商垄断,但国内厂商近两年在BMS AFE研发上变得更为活跃,逐步实现国产化突破。国内厂商在高精度、高串数AFE芯片方面积极追赶国际大厂,国内企业推出的产品覆盖不同串数电池监测,技术水平不断提升。
国产AFE芯片
国产AFE芯片厂商逐渐发力,已有多家企业推出了相关产品,这些厂商及其产品在电动工具、扫地机器人、无人机、无绳吸尘器、电动两轮车等市场中的应用逐渐增多,显示出国产厂商进入该领域的决心和势头。
如中颖电子推出的AFE产品型号包括SH367303(3-5串)、SH367305(6-8串)、SH367306(6-10串)、SH367308(5-14串)和SH367309(5-16串),具有硬件保护功能、内置平衡开关、小电流检测功能等。
南京集澈的AFE模拟前端芯片主要分为三大系列,包括DVC1006(3-6串)、DVC1012(6-12串)、DVC1018(9-18串)、DVC1024(12-24串)和DVC1036(18-36串),支持不同串数的电芯应用,具备丰富的均衡功能和自动保护恢复策略。
奇力科技的VAS5118(3-7串)和VAS5120(4-10串)内部集成ADC检测电池电压、电池组电流、电池组温度以及芯片温度,具有硬件保护特性和电池均衡功能。
迈巨微的AMG8803(5-8串)、AMG8805(9-13串)和AMG8802(9-17串)采用高耐压的单芯片工艺,具有高精度数据采集能力,支持独立保护或配合MCU实现双重保护。
矽力杰的SY68920(3-6串)、SY68930(6-12串)和SY68940(9-18串)支持锂电池组放电过流、放电短路、电池组单体/总电压欠压过压保护功能,内置I2C接口。
英集芯推出的IP3281,用于10-16 节串联锂离子/聚合物可充电电池的初级保护的解决方案。该产品集成了聚合物可充电电池安全运行所需的一整套的电压、电流和温度所有检测和保护。保护阈值和延时均为出厂编程设定,有多种配置可供选用,采用TSSOP30封装。
杰华特的JW33708是一款多电池堆的监测和保护芯片,芯片耐压60V,支持4-8串电池应用,可为每个电池提供被动均衡功能,支持最多3个连续电池同时放电。JW33708可用于电池电压和温度感知的14位ADC,电压精度达10mV,以及用于充放电电流感知的16位ADC,电流精度达75μV。
鹏申科技的AFE芯片产品如PB7200支持5-20串电芯应用,工作电压范围在12至95V,单节电芯单元电压测量范围为0-5V,适用于大多数锂、钠电池,具有低功耗和高效的自动调度功能。
此外,琪埔维、航天民芯、华润微电子、灵矽微电子、矽力杰、芯海科技、杰华特、华泰、新唐科技、合泰半导体等企业都拥有各自的AFE芯片产品,这些公司均在国内市场有所布局,致力于开发和提供不同应用领域的AFE芯片。
国产AFE芯片的特点通常包括但不限于高精度的电压和电流测量、低功耗设计、支持多种通信接口、集成的电池保护和平衡功能、以及通过相关行业标准认证,如AEC-Q100汽车认证。这些芯片旨在与国际大厂竞争,提供具有竞争力的性能和成本优势。
小结
尽管目前市场上AFE芯片主要由国际大厂占据主导地位,但国产AFE芯片厂商正积极布局,通过技术创新寻求突破。随着中国电动汽车和储能市场的持续扩大,国产AFE芯片有望在未来获得更多市场份额。