首颗电池包传感监测芯片为动力电池安全护航

2022年10月11日

当前，智能化成为领域的重点赛道。智能化离不开传感器，传感芯片与车的电压、电流、温度等工况信息感知和处理紧密相关。在汽车电气架构从分布式向集中式转变的过程中，琻捷电子看到了其中巨大的市场空间，成为国内为数不多涉及汽车功能安全的传感芯片供应商。
动力蓄电池产业化的最大技术难点就是电池包热失控安全性。凭借深厚技术积累，琻捷电子推出首颗国产电池包传感监测芯片，为动力电池包的安全性保驾护航。

动力电池包带来自燃隐患
经过数年发展，如今汽车行业的电气化已经告一段落，智能化成为OEM、Tier 1真正关注的赛道。智能化与传感器密切相关，在、储能、工业等领域，传感器的市场规模预计将在2025年超过2500亿元。加速国产替代和产品创新，是国产汽车传感器厂商需面临的一场大考。
在研发汽车传感芯片的过程中，行业领先的琻捷电子也注意到了 “心脏”——动力电池包的功能安全问题。
电池不可避免会发生热失控。能量密度越高的电池，其热稳定性就越低。近年来，电动汽车自燃事件频发，锂电池的热安全性成为电动汽车和储能系统的重中之重。那么动力电池究竟为何频频失火？又该如何应对？

动力电池包结构与热失控原理
动力锂电池生产所需的材料则包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜及包装材料等。

图片来源：琻捷电子

由于锂离子电池结构的特性，高温下SEI膜、电解液、EC等会发生分解反应，电解液的分解物还会与正极、负极发生反应，多种反应会导致大量热量的产生。隔膜融化导致内部短路，电能量的释放又增大了热量的生产。这种累积的的破坏效应往往会导致电芯防爆膜破裂，电解液喷出，发生燃烧起火。

图片来源：琻捷电子

锂离子电池的滥用分为机械滥用、电滥用和热滥用，三种滥用形式都可能导致内部短路，最终由于电极活性物质之间的相互作用而导致热失控。此时其他可燃气体产品和电解液蒸汽和阳极产生的氧气在高温下与空气混合，当电池失控时便形成“燃烧三角形”，即燃烧或爆炸。

逃生“黄金五分钟”如何实现？
2020年，工信部发布的GB 38031-2020标准《电动汽车用动力蓄电池安全要求》明确规定，若电池包发生热失控，必须提前五分钟报警，为驾乘人员预留出逃生时间。基于这一功能安全要求，电池制造厂商也在传统的BMS系统之外增加了许多新的电池热失控预防和管理措施。
防止热失控有两大措施：主动防护与被动防护。
主动防护设计分为电滥用预防、机械滥用防护、热滥用防护和热失控预警，一旦发生热失控，能及时提供报警，以便驾乘人员尽快撤离；被动防护则涉及电芯、系统结构的优化强化以及热阻隔设计。
可见，面对动力电池的功能安全挑战，唯有高效可靠的电池管理方案才能保障用车过程中的电池安全。

电池包传感监测芯片赋能热管理
如前文所述，热失控情况下极为容易导致电池包起火甚至爆炸。对此，除了BMS、加固外壳保护等主动防护措施，琻捷电子推出BPS和BAS电池包传感监测产品，在芯片层面为的电池系统提供安全保障。

图片来源：琻捷电子

据琻捷电子官网介绍，BPS-SNP805作为首颗国产电池包压力传感监测芯片，专为电池包压力监控应用而设计。芯片内置 8 位 MCU、12 位高精度 ADC 以及温度传感器、气压传感器和供电电压监测单元，芯片能够实时测量电池包的压力变化，当压力变化超出正常范围时，提供报警信号。

BPS-SNP805电池包压力监测传感芯片图片来源：琻捷电子官网

目前三元系电池主要采用压力监测的方案。BPS模组基于微机械压力（MEMS Pressure）和专用集成电路（ASIC）技术，实现对环境压力的精确检测。
三元系锂电池的热失控过程中正极材料会释放氧气，氧气与溶剂发生氧化反应，产生大量气体和热量。短时间内电池包压力和温度快速上升，可通过高精度压力和温度模块对热失控进行监控，并提前报警。
磷酸铁锂电池则多采用BAS传感监测方案。针对磷酸铁锂电池，琻捷电子的BAS模组基于光学烟雾检测和专用集成电路（ASIC）技术，能实现对环境气溶胶浓度的精确检测。
在BPS、BAS芯片上，琻捷电子是目前国内唯一的芯片供应商。其BPS、BAS芯片集温度、压力传感器以及供电电压检测单元于一体，不仅具有体积小、成本低等集成优势，且功耗低，支持多区间报警并支持多种报警模式。当电池发生热失控时，将为用户争取到至少五分钟的黄金逃生时间。

专注汽车与工业物联网打造国产“芯”动能
琻捷电子专注于汽车和工业物联网应用，致力于提供优秀的汽车电子传感芯片和完整的系统解决方案。
汽车传感作为汽车行业中极其细分的赛道，选择以传感为切入口从事芯片设计无疑少了许多可借鉴的经验。琻捷电子董事长兼总经理李梦雄博士于2015年归国创立琻捷电子，他坦言，“无线传感是一个特别明确的方向，选择这个方向进行创业其实是一个比较大胆的决定。”
作为国内少数几家涉及汽车功能安全级别的传感芯片研发设计公司，琻捷电子的TPMS（胎压监测）芯片自2017年量产以来，打破国外芯片供应商垄断，凭借其稳定可靠的性能，得到行业认可。据悉，琻捷电子已和国内外多家知名传感器厂商达成深度合作，如今，公司已有六大产品线，出货量达到数千万颗。从信号感知到信号处理再到车载的无线传输已拥有全栈IP和专利布局。