國產(chǎn)車芯 | 首顆國產(chǎn)電池包傳感監(jiān)測芯片 提前預(yù)警電池包起火

《國產(chǎn)車芯》系列，根據(jù)<第十二屆松山湖中國IC創(chuàng)新高峰論壇>參會芯片企業(yè)分享信息，由<響指>梳理編寫。

汽車電子電氣架構(gòu)正在向智能化和無線化演進，對汽車無線傳感器而言，其中的變化在于，傳統(tǒng)分布式ECU架構(gòu)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詿o線智能傳感、雷達和攝像頭為基礎(chǔ)的集中式計算中心的域控制模式。

琻捷電子總經(jīng)理李夢雄認(rèn)為，傳統(tǒng)分布式ECU架構(gòu)單車有70~100個ECU，功能機械疊加，效率低，交互性差，線束長達5公里，而未來集中式計算中心采用邊緣計算模式，對采集信息進行實時處理、校準(zhǔn)、補償，是去ECU化的架構(gòu)。而由于采用無線化的通信模式，以及分布式架構(gòu)，大大減少了線束的采用，像特斯拉，單車線束僅100米。不過，這個過程中，無線傳感器的采用量增加了，由過去單車44美金上升到105美金，可以說，前景廣闊。

鋰電池的熱安全性是電動汽車和儲能系統(tǒng)的重中之重，中國自2021年1月1日起強制執(zhí)行電池包熱失控提前5分鐘報警，電池包傳感監(jiān)測芯片可謂新能源車的安全基礎(chǔ)。就國內(nèi)的汽車無線傳感芯片產(chǎn)業(yè)而言，正在由國產(chǎn)替代邁向引領(lǐng)創(chuàng)新。

2021年，全球動力電池市場份額中國企業(yè)超50%，中國的新能源汽車產(chǎn)業(yè)也正在從政策補貼進入到市場驅(qū)動階段，預(yù)計2025年中國新能源汽車銷量預(yù)計超過1000萬輛，但是，目前汽車傳感器的國產(chǎn)化率還不足4%，這一現(xiàn)狀正在加速國產(chǎn)進口替代和產(chǎn)品創(chuàng)新的發(fā)展。

李夢雄表示，電池包的熱失控防護措施通常采用主動防護設(shè)計和被動防護設(shè)計兩種，前者包括：

1、電濫用預(yù)防：電池管理系統(tǒng)（BMS）實時監(jiān)控每一顆電芯狀態(tài)，并給出最合理的充放電策略；

2、 機械濫用防護：電池包的結(jié)構(gòu)安全設(shè)計保證在經(jīng)受高速碰撞、擠壓甚至穿刺后依然能夠保持結(jié)構(gòu)安全強度；

3、熱濫用防護：結(jié)合整車的系統(tǒng)需求，通過電池包的熱管理優(yōu)化設(shè)計，確保電池電芯在合理溫度范圍內(nèi)；

4、熱失控預(yù)警：一旦發(fā)生熱失控，為客戶及時提供報警，以便盡快撤離。

后者包括：

1、電芯層面：通過添加劑降低電芯材料熱失控釋放能量；

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層面：使用高強度的材料，尤其是高溫下?lián)碛泻芨叩哪蜎_擊、高強度的材料作為防護措施

3、熱阻隔：識別蔓延中的主要熱量傳導(dǎo)路徑，再通過熱設(shè)計阻隔不合理的傳熱路徑，引導(dǎo)強化合理的熱傳遞路徑。

在熱失控情況下，電池包內(nèi)部會發(fā)成多種化學(xué)反應(yīng)，引起壓力異常、溫度上升、氣溶膠釋放等，最終可能導(dǎo)致電池包起火甚至爆炸。2021年，琻捷電子推出了首顆國產(chǎn)面向新能源汽車電池包傳感監(jiān)測芯片SNP805，通過監(jiān)測新能源汽車電池包壓力變化，提前發(fā)出預(yù)警信息，避免電池包起火造成的生命和財產(chǎn)損失。

針對新能源汽車的電池系統(tǒng)安全，琻捷電子推出的產(chǎn)品包括BPS模組和BAS模組，據(jù)李夢雄介紹，BPS模組基于微機械壓力（MEMS Pressure）和ASIC技術(shù)，實現(xiàn)了對環(huán)境壓力的精確檢測；BAS模組基于光學(xué)煙霧檢測和ASIC技術(shù)，實現(xiàn)了對環(huán)境氣溶膠濃度的精確檢測。

究其原理，三元系鋰電池在熱失控過程中正極材料會釋放氧氣，氧氣與溶劑發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體和熱量。短時間內(nèi)電池包壓力和溫度快速上升，因此可通過高精度壓力和溫度模塊對熱失控進行監(jiān)控（BPS模組），提前報警；磷酸鐵鋰的橄欖石結(jié)構(gòu)帶來的是高溫穩(wěn)定性。在熱失控的化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生分解反應(yīng)而非氧化反應(yīng)，產(chǎn)氣少且慢，相對安全。在熱失控后期隨著電解液的噴出，電池包內(nèi)氣溶膠濃度會快速提高，因此可以通過氣溶膠濃度監(jiān)測模塊進行熱失控監(jiān)控（BAS），提前報警。