作者：电子创新网张国斌
在绿色环保和减碳的大趋势下，基于动力电池的交通工具日益普及，但是，由于动力电池保护方案缺乏普及，导致动力电池引发的安全事故频发。
2024年2月23日凌晨，南京雨花台区明尚西苑居民楼火灾事故，造成15人死亡，44人受伤，据南京市消防救援支队负责人介绍，经初步分析，火灾为第6栋建筑地面架空层停放电动自行车的起火引发。
2022年12月12日，广东深圳一小区电动自行车充电棚深夜起火，数十辆电动自行车被烧，现场发生剧烈爆炸。所幸消防员及时处置，无人员伤亡。
“其实很多电动工具引发的火灾都是由于缺乏对动力电池管理保护方案所致，所以国家近期出台了对电动自行车的强制保护标准。”在芯海科技BMS开发技术日上，芯海科技模拟产品总经理张志义指出。
|芯海科技模拟产品总经理张志义
据悉，2024年5月初，由工业和信息化部负责组织起草的《电动自行车用锂离子蓄电池安全技术规范》(GB 43854—2024，以下简称《技术规范》)强制性国家标准，已由市场监管总局(国家标准委)发布，将于今年11月1日正式实施。
该标准实施的背景就是近年来，我国电动自行车产销量增长迅速，目前国内电动自行车社会保有量已经超过3.5亿辆，2023年全国规模以上企业累计生产电动自行车4228万辆。据悉，电动自行车使用的蓄电池主要有铅蓄电池和锂离子蓄电池两种。在国内主要电动自行车品牌发布的电动自行车新车型中，配备锂离子蓄电池的比例已经超过20%。
该《技术规范》规定了6项单体电池的测试项目，包括标志、过充电、过放电、外部短路、热滥用、针刺，以及22项电池组的测试项目，包括标志、静电放电、过放电、过充电、温度保护、外部短路等，据工业和信息化部消费品工业司相关负责人表示，《技术规范》作为电动自行车用锂离子电池安全强制性国家标准，规范了电动自行车用锂离子蓄电池产品设计、生产和销售过程，将有效提升电动自行车用锂离子蓄电池的本质安全水平，降低使用过程中火灾等安全事故发生率，保障消费者人身健康与生命财产安全，促进电动自行车行业健康有序发展。
BMS领域百舸争流
BMS-电池管理系统（英语：Battery Management System，缩写BMS）也称为电池保姆或电池管家，主要功能是智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。三大核心功能为电芯监控、荷电状态（SOC）估算以及单体电池均衡。优良的电池管理系统能够在充分发挥电池性能的同时，给予电池最佳的保护，延长电池寿命，降低运行成本。
在电动自行车行业中，BMS主要指电动自行车电池保护板，而且主要指的是锂电池电池保护板，因为相比于铅酸电池，锂电池在过电压，欠电压，过电流，过温等条件下易受到损坏，因此必须为锂电池配以相应的充电管理电路与监控保护（BMS）电路才能安全使用。
BMS的基本原理图和实物图如下所示：
BMS的基本框架包括动力电池包壳体及密封保护的硬件模块、高压分析盒（BDU）及 BMS控制器。动力电池包壳体及密封保护的硬件模块由泄压管路、热管理零件及母线互联零件等部件组成，主要用于检测单体电池温度和电压，并及时均衡单体电池电压。BDU 由熔丝、主接触器、预充电接触器及其他接触器等部件组成，主要用于分析系统高压情况，并在故障情况下及时切断电路。BMS控制器主要由各类传感器、控制器及相关运算逻辑组成，主要用于检测动力电池剩余电量百分比（SOC）、动力电池当前容量相对额定容量百分比（SOH）、安全状态等信息。BMS控制器是电池管理系统的核心。
从原理图上可以看出：AFE，MCU是其核心部件，其中，AFE包括电芯信号采集所需的ADC、运放、基准源等。
在BMS领域，国外玩家进入较早，主要有TI、ADI、英飞凌、NXP 、Microchip、瑞萨等它们主要集中在汽车领域，近几年，国内厂商迅速跟进，主要有Chipways、矽力杰、杰华特、拓尔微、中颖电子、芯海科技等，国内主要集中在消费电子领域。
这其中，芯海科技进入BMS领域较晚，但却能脱颖而出，“芯海科技的BMS产品2019年立项，2020年小批量，随后进入大批量供货，目前已经大量出货！”张志义表示，“而且芯海科技的BMS是进入量产最快的IC，当年就实现了几百KK的出货！”
芯海科技为何后来居上？
张志义表示芯海科技BMS的成功，一个是源于芯海科技有两个根技术---高精度ADC和MCU ，他表示芯海科技一直是本土高精度ADC的引领者，至今保持着高精度ADC的位数记录，此外，芯海科技遵从的是基于大客户需求的创新开发原则，“一般大客户不搞pin to pin兼容，都有自己的创新需求，我们跟着大客户需求走，走的就是创新的差异化之路。”他表示。
|芯海科技BMS经理胡耀聪
芯海科技BMS经理胡耀聪补充说，以芯海科技BMS为例，芯海科技从2019年开始着手开发BMS，期间研究了所有友商BMS的专利，芯海科技以自己的独特架构，基于自己的根技术很快在2020年成功推出了首款产品。
这款产品不仅在参数上超越了国外同类产品，更解决了BMS系统的一些用户痛点。例如，芯海科技在开发初期便针对国外厂商产品的不足进行了改进，如解决了系统易死机、掉程序等问题，并在精度和可靠性上进行了提升。
针对电量计在不同温度下的跳变问题，芯海科技开发了两套SOC（电量状态）显示系统，通过数据拟合和算法优化，使得用户在实际使用中感受不到电量的剧烈变化，从而提升用户体验。
当然，BMS要实现精准的保护，高精度、高可靠性以及多重保护机制是不可或缺的，张志义表示芯海科技在BMS系统中采用了更高精度的ADC（模数转换器），内部有效位数达18位，比市场上常见的16位更高。这使得其在处理大电流、快充等高要求应用场景下表现更优异。
此外，芯海科技采用成本更高的基准源，也让BMS有了更好的温漂性能。
胡耀聪表示在安全性上，芯海科技采用了多重保护机制，例如针对过压 ，设计了包括软件的一级、二级保护，以及硬件保护措施，针对短路，则有快速的硬件响应机制，以确保在各种情况下电池的安全性。同时，芯海的BMS还有具有断线检测等功能，进一步提高了系统的可靠性和安全性。
“除了安全、精准，易用也是我们的一个特色。”张志义补充说。据他介绍，芯海科技建立了自己的电池化学ID库并提供APG工具，帮助客户快速适应和使用其BMS产品，提升了用户体验和产品的市场适应性。
顾名思义，电池化学 ID 就是电池化学特性的身份识别号。不同型号(Cell model) 的电池其化学容量、开路电压 (OCV)曲线、阻抗曲线等特性是不同的，因此，BMS厂商需要建立了一个庞大的数据库，为各种型号电池的放电特性制作相应的化学 ID。每个化学 ID 包含了化学容量 Qmax、开路电压曲线(OCV table)、阻抗曲线(R table)等信息。
张志义表示这个电池化学 ID 库各个厂商是不同，目前 芯海的电化学 ID 库已经有很多数据，芯海科技购置了多台实验设备测试厂商的电芯数据并存入库中 ，芯海科技也提供APG工具 ，客户可以定制自己的电化学ID，一般定制ID需要3、4周时间。
胡耀聪补充说：“要是客户需要更快时间，主要送样，2~3天就可以完成，针对客户这种需求，我们就提供了一个设备工具，我们搞了一个大模型，根据客户的常温电芯参数，然后用大模型去覆盖匹配，通过我们的模型把客户的参数补充完整，这样让客户短期定制好电化学ID。”
张志义表示，未来，芯海科技计划在高串电池管理系统上投入更多研发资源，进一步提高技术门槛，巩固其在BMS领域的市场地位。同时，芯海科技将继续扩大其在高端消费电子、汽车、储能等高端市场的影响力，力争在这些领域实现更大的突破。
芯海科技在BMS领域的后来居上，既是其技术创新的结果，也是通过不断优化产品性能、提升用户体验，以及建立完善生态系统的必然收获，芯海科技在短时间内便赢得了市场的认可，并在激烈的竞争中脱颖而出。归根到底，一要有核心技术，二要贴近用户解决用户痛点，这是值得本土厂商借鉴的。
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