首款高精度、低功耗AFE重磅亮相SENSOR CHINA,晶华微全速发力BMS新赛道

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BMS是电池管理的核心器件,伴随手机、电脑等消费电子产品升级换代,新能源汽车、风光储能等新兴市场持续景气发展,市场对BMS的需求愈发强烈,不仅要满足电池管理需求,还要提供创新加持。

受市场驱动,近年我国涌现出一批BMS解决方案供应商,据集微网不完全统计,国产玩家已超50家,不过能真正解决客户痛点的不多。近期,杭州晶华微电子股份有限公司(简称:晶华微)重磅推出首款高精度、低功耗BMS模拟前端芯片,并于9月11日-13日期间,亮相SENSOR CHINA上海传感器展,以对标国际大厂的性能指标,赋能中高端市场对BMS的创新需求。

首款高精度、低功耗AFE重磅亮相

亮相SENSOR CHINA上海传感器展的SDM911X系列芯片是晶华微旗下首款高精度、低功耗BMS模拟前端芯片(AFE),其又细分为QFN28L封装的SDM9110,主要面向6-10串电池组的吸尘器、扫地机等应用场景;以及采用LQFP48封装的SDM9117型号产品,主要满足两轮车、储能、换电柜、园林工具等场景对10-17串电池组的管理需求。该系列芯片的亮相,意味着国内再迎一家重量级BMS解决方案提供商。

安全可靠是市场对AFE芯片的核心诉求,对此,晶华微SDM911X系列芯片在市场同类产品基础上,优化与改进多项功能,支持提供充电过压(OV)、充电过流(COC)、充电结束保护(EOC)、放电欠压(UV-Shutdown)、放电过流、外部温度监测(OT/UT)、内部温度保护(IOTP)、内/外部的电池均衡(Cell Balance)、电压不平衡检测(VIM)和断线检测(Cell-Tap-Open)等功能,多维度突破现存芯片的功能局限。

SDM911X系列芯片同时集成了独立的安全保护引擎,可与MCU配合使用,监测并管理锂电池组;也可以单独使用,独立保护锂电池组,提升了应用方案的灵活性。

晶华微AFE系列产品

而要实现如上性能指标,高精度检测能力至关重要。为此,晶华微SDM911X系列芯片同时内置了检测电池电压、温度的14位逐次逼近型模数转换器(SAR-ADC),以及用于检测充放电电流的16位高精度的Sigma-Delta模数转换器(Σ-ΔADC),后者还支持电量的库仑积分,在常温下电压采样精度可达±5mV,电流采样精度达±0.5%,确保SDM911X系列芯片发挥出极致性能。

SDM911X系列芯片集成的I²C通讯总线,支持最高400kHz通讯效率,并提升芯片的易用性及抗干扰能力;同时更好支持多种低功耗工作模式,有助于延长电池组的续航能力以及寿命。

值得一提的是,SDM911X系列芯片还具备更强的高串数电芯管理能力,以SDM9117为例,单芯片耐压能力达80V,支持管控最大17串电池组;而相同能力下,市面上常见方案需要同时使用3片AFE芯片。从单芯片能力看,SDM911X系列具备更强的稳定性、通讯效率及一致性,能更好解决电池组不同单体电池间电量不均衡的问题,大幅降低因过充、过放、短路等异常情况带来的安全风险。

自主创新铸就核心竞争力

行业周知,BMS主要由模拟前端采集保护芯片AFE、模拟数字转换器ADC、微控制单元MCU以及数字隔离器等芯片器件构成,其中,AFE及ADC技术门槛最高,而过去本土鲜少有企业掌握相关技术,导致长期以来主要由国际大厂为中国市场提供BMS解决方案。

不过部分本土模拟IC企业经过长期的技术积累以及市场验证,实力获得由量到质的转变,晶华微即为国内少数掌握高精度ADC以及高性能MCU的企业之一,为其推出首款AFE芯片奠定了坚实基础。

基于自身技术优势,晶华微刻意避开门槛相对低、价格敏感的中低端市场,以自主研发为主导,精心打造对标国际大厂的BMS解决方案,将首款AFE芯片战略聚焦于高可靠、高精度的中高端场景,这也是目前国内大力发展、对高端BMS器件需求迫切的领域。

为满足市场对高精度、低功耗BMS模拟前端芯片的需求,晶华微基于已掌握的高精度ADC设计IP、高精度基准IP等核心技术,建立起一支拥有多款AFE芯片量产经验的研发团队,对高压工艺和AFE架构有深刻理解,实现从方案设计、电路设计及仿真、版图设计到测试验证、开发应用等全链条风险把控。

晶华微SDM911X系列芯片-SDM9117

日常应用中,带电池设备热失控事件时有发生,且事件一旦出现,往往带来严重的财产损失,甚至出现人员伤亡。而导致热失控的原因较多,充放电控制不当是重要原因之一。

对此,晶华微给SDM911X内置了完备的保护功能,可以监控各种参数,启动保护动作,并根据条件自主恢复。其保护功能又分为针对充放电过程的过欠压、过欠流、过温、短路等一级保护子系统,以及应对突发事件的二级保护子系统,能够将危险系数降低至最低。

其中,二级保护子系统在严重突发故障下,支持将充电MOS、放电MOS永久关闭,可以熔断外部三端保险丝来达到最高等级的安全保障。

在此基础上,晶华微还针对电动车自燃、起火等异常情况,使用电池包对SDM911X进行严苛仿真测试实验,如超高温(>150℃)、超低温(<40℃)、异常高压、乱序上电等,据厂家介绍,SDM911X在验证中均出色完成保护功能。

SDM911X还采用晶华微独有专利方案,解决芯片内的基准电压温漂问题,从而实现行业领先的全温范围高精度测量采样,并在出厂前经过严苛的三温校准,确保芯片性能的稳定、可靠。

携先发优势拓宽BMS新赛道

晶华微是国内高精度ADC的数模混合SoC技术领先企业之一,也是国内针对智能传感器信号测量领域较早推出带24位高精度ADC的SoC芯片并成功实现商业化的企业之一,其ADC的等效输入噪声低至22nVrms,精度有效位数高达21位,在同类SoC芯片中达到国内领先、国际先进的水平。

基于自研高精度ADC,晶华微已面向医疗健康、压力测量、工业控制、仪器仪表、智能家居等终端市场推出全套高品质、高性价比SoC解决方案,其中在红外测温应用、智能体脂秤以及数字万用表等领域处于国内领先地位。

应目前国内锂电、钠电市场快速发展而本土BMS模拟前端芯片供货迫切的发展现状,晶华微迅速切入新能源电池管理赛道,并成功推出SDM911X系列芯片,成为国内为数不多能成功自研并推出高精度、低功耗AFE芯片的企业之一,首款产品已完成客户DEMO试用及验证,即将进入量产阶段。

针对持续增长的新能源化市场需求,晶华微表示,“后续将依托SDM9110与SDM9117的技术积累,继续针对不同的应用市场开发专用型AFE,力争覆盖电动工具、吸尘器、电摩以及大型储能等赛道。”

为此,晶华微近年始终保持高研发投入力度,2023年研发费用达7876.82万元,同比增长64.58%,研发费用率也同比提升19.02个百分点至62.12%。今年上半年,晶华微又在研发领域投入3227.86万元,研发费用率同比增长3.04个百分点至53.65%。

技术创新方面,晶华微战略聚焦高精度ADC以及BMS模拟前端芯片,其中,16位多通道中速SAR ADC芯片已在验证阶段;16位16通道1MSPS SAR ADC芯片、高压高精度低温漂串联型电压基准源芯片、高端数字万用表用AFE芯片等均在研发当中;其中,根据设计,该高端数字万用表用AFE芯片宽频将超过20000分度,能够显著提升测量精度和信号频率范围。

公司募投项目中,也将锂电池充放电管理芯片列为重要研发课题,期望探索BMS产品系列化路线,并以此扩充电池/储能类芯片的研发。

未来,随着BMS模拟前端新品陆续放量,以及新布局产品落地,借助下游市场进入景气发展新周期加速转化为业绩,晶华微有望迎来新一轮业绩上升期。

责编: 爱集微
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