电池管理系统 | MOSFET在BMS中的应用和主要厂商

来源: 芯查查资讯 作者:henry 2024-05-13 09:19:32
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单车用量从100个提升到至约200个,未来中高端车型MOSFET单车用量将有望增加至400个。

金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是电池管理系统(BMS)使用的器件之一,通常一个BMS模块中使用多颗MOSFET。

 

BMS的两大应用领域是新能源车和储能,此外,不间断电源、备用电源、便携式电子设备等也会使用BMS。在新能源车领域,电动化、智能化和网联化导致MOSFET的使用数量和规格显著提升,资料显示,单车用量从100个提升到至约200个,未来中高端车型MOSFET单车用量将有望增加至400个。

图片图注:MOSFET的优势、应用和关键规格

 

从电池监测到能效优化,MOSFET成为BMS能源转换的灵活开关

 

BMS被看作是电池组的守护者,负责监测电池状态、均衡充电、保护电池免受损害。在智能化浪潮下,BMS通过精确的算法预测电池健康状况,还能根据实时工况动态调整充放电策略,最大化能量利用效率。这一转变要求BMS具备更高的计算能力和更精细的数据处理能力,同时对功率器件提出了更高要求。


MOSFET作为一种功率器件,其性能直接影响BMS效率与响应速度。新一代MOSFET采用碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带材料技术,不仅开关速度快、导通电阻低,还具有更高的工作温度阈值,使BMS能够在更宽的工作范围内实现高效能的电能管理,减少热损耗、提升系统整体续航能力。


MOSFET国内主要供应商

 

英飞凌、安森美、瑞萨、意法半导体等在MOSFET领域占据较大市场份额,国内厂商积极在新能源车和储能等新兴领域布局,但是就中低压类型的MOSFET,厂商技术实力接近,竞争比较充分。下面介绍主要MOSFET厂商在车规MOSFET产品线的情况。


图片图注:MOSFET国内供应商(不完全统计)

 

华润微:2023年完成35颗MOSFET车规认证并批量供应


华润微产品与方案板块下游终端应用主要围绕4大领域,其中泛新能源领域(车类及新能源)占比39%,消费电子领域占比34%,工业设备占比16%,通信设备占比11%。公司全面拓展汽车电子市场,产品进入比亚迪、吉利、一汽、长安、五菱等重点车企。


图片图注:华润微2023年产品与方案板块下游终端应用情况(华润微2023年年度报告)

 

MOSFET是华润微的重点产品之一,根据华润微2023年报显示,华润微充分发挥MOSFET产品国内市场的品牌影响力,通过8英寸特色化和12英寸技术先进性以及封测资源优势进一步推动技术创新迭代和产品系列化开发,MOSFET产品在工业、汽车电子等领域销售进一步扩展,应用领域的高端化进一步提升。


2023年华润微完成35颗MOSFET产品车规认证并至汽车客户终端批量供应,为MOSFET实现进一步高质量发展夯实产品客户基础。


此外,华润微已建立功能安全标准体系,并通过ISO 26262功能安全管理体系最高等级ASIL D认证。车规级产品方面,多渠道推广汽车芯片国产化,SGT MOS、SJ MOS、IGBT、SiC MOS等系列化车规级产品及模块产品。


新洁能:已经推出200款车规级MOSFET产品


新洁能2023年年报显示,SGT-MOSFET产品为新洁能中低压产品中替代国际一流厂商产品料号最多的产品工艺平台,受到的市场波动影响也较大。SJ-MOSFET产品方面,2023年实现销售收入1.84亿元,相比去年减少了13.56%,销售占比从去年同期的11.83%提升至12.52%。Trench-MOSFET作为公司持续量产时间最长的成熟工艺平台,面临的客户群体众多,应用模式多样,长期积累的客户群体广泛,对于公司产品有长期信任的基础,但市场波动对Trench-MOSFET的影响也大。


2023年新洁能积极探索新的下游应用领域,在新能源汽车、光伏储能、AI服务器和数据中心、无人机等重点新兴应用领域不断加大投入,推动和客户的战略合作,增加客户对公司品牌的认可度,进而形成战略互补深度合作,以获取更大的市场份额提升。

图片图注:新洁能产品下游应用分布(来源:新洁能2023年年度报告)

 

新洁能目前已经推出200款车规级MOSFET产品。2023年以来,公司与比亚迪的合作转向直供,并应用至比亚迪的全系列车型中,持续扩大销售规模,实现了多款产品的大批量供应;同时对联合电子、伯特利等国内头部Tier1持续规模出货,截至目前,公司已经获得联合电子20多个汽车电子项目的定点通知书,合作时间从2024年持续到2029年。


产品涉及车身控制域、动力域、智能信息域、底盘域、驾驶辅助域等多个领域应用,并深入到主驱电控、OBC、动力电池管理、刹车、ABS、智能驾驶系统等核心系统。公司目标成为汽车市场国产品牌出货品种最多,出货数量最大的功率器件设计公司。未来公司在汽车电子产品的整体销售规模和占比预计得以快速提升。


安世半导体:SiC MOSFET产品线建立,进入三代半1200V高压市场

 

根据安世半导体母公司闻泰科技年报显示,2023年公司半导体业务研发投入为16.34亿元,达到销售额的10.73%。传统产品线包括晶体管(包括保护类器件ESD/TVS等)、MOSFET功率管、模拟与逻辑IC,2023年占收入比重分别为40.84%(其中保护类器件占比9.94个百分点)、40.21%、15.37%。公司在二极管/晶体管、ESD和中低压MOSFET等传统产品线保持一向稳健的市场表现,为公司贡献了稳定的现金流,有力支撑了公司在中高压MOSFET、IGBT、GaN、SiC和更多的模拟IC产品的研发。


图片图注:安世半导体传统产品线包括晶体管、MOSFET功率管、模拟与逻辑IC(图源:闻泰科技2023年年报)

 

在第三代半导体领域,闻泰科技实现了GaN产品D-M系列产品工业和消费领域的销售,同时E-M产品通过所有测试认证,于2024年开始销售,奠定了安世半导体在GaN领域的行业地位;公司实现了SiC整流管的工业消费级的量产和MOSFET的工业消费级的测试验证,为2024年SiC工业和消费的量产打下了坚实的基础,SiC MOSFET产品线的建立,让公司进入三代半1200V高压市场,拓展新的增长空间。


士兰微:预计2024年底形成月产12000片6英寸SiC MOS产能


2023年,士兰微分立器件产品的营业收入为48.32亿元,较上年增长8.18%。分立器件产品中,超结MOSFET、IGBT器件、IGBT大功率模块(PIM)等产品的增长较快,公司的超结MOSFET、IGBT、FRD、高性能低压分离栅MOSFET、SiC MOSFET等分立器件的技术平台研发持续获得较快进展,产品性能达到业内领先的水平。


分立器件和大功率模块除了加快在大型白电、工业控制等市场拓展外,已开始加快进入电动汽车、新能源等市场,预期今后公司的分立器件产品营收将继续快速成长。


2023年士兰微加快推进“士兰明镓SiC功率器件芯片生产线”项目的建设。已形成月产6,000片6英寸SiC MOS芯片的生产能力,预计2024年年底将形成月产12,000片6英寸SiC MOS芯片的生产能力。已完成第Ⅲ代平面栅SiC-MOSFET技术的开发,性能指标达到业内同类器件结构的先进水平。

 

小结

 

宽禁带材料SiC和GaN在MOSFET的成熟应用,是国内厂商技术创新的要点,得益于此,BMS将实现更高的开关频率、更低的导通电阻,从而减少能量损耗,增强电动汽车(EV)的续航能力,以及提高储能系统的整体效能。此外,前文还讲述了MOSFET在BMS应用的其他趋势。
制造工艺的改进和规模化生产促使MOSFET的成本逐渐下降,高效能BMS解决方案更为经济可行,将推动MOSFET应用,从电动汽车、储能系统到便携式电子设备等,满足不同电压等级、功率需求的应用场景。

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