《国产车芯》系列,根据<第十二届松山湖中国IC创新高峰论坛>参会芯片企业分享信息,由<响指>梳理编写。

 

汽车电子电气架构正在向智能化和无线化演进,对汽车无线传感器而言,其中的变化在于,传统分布式ECU架构,转变为以无线智能传感、雷达摄像头为基础的集中式计算中心的域控制模式。

 

琻捷电子总经理李梦雄认为,传统分布式ECU架构单车有70~100个ECU,功能机械叠加,效率低,交互性差,线束长达5公里,而未来集中式计算中心采用边缘计算模式,对采集信息进行实时处理、校准、补偿,是去ECU化的架构。而由于采用无线化的通信模式,以及分布式架构,大大减少了线束的采用,像特斯拉,单车线束仅100米。不过,这个过程中,无线传感器的采用量增加了,由过去单车44美金上升到105美金,可以说,前景广阔。

 

锂电池的热安全性是电动汽车和储能系统的重中之重,中国自2021年1月1日起强制执行电池包热失控提前5分钟报警,电池包传感监测芯片可谓新能源车的安全基础。就国内的汽车无线传感芯片产业而言,正在由国产替代迈向引领创新。

 

2021年,全球动力电池市场份额中国企业超50%,中国的新能源汽车产业也正在从政策补贴进入到市场驱动阶段,预计2025年中国新能源汽车销量预计超过1000万辆,但是,目前汽车传感器的国产化率还不足4%,这一现状正在加速国产进口替代和产品创新的发展。

 

李梦雄表示,电池包的热失控防护措施通常采用主动防护设计和被动防护设计两种,前者包括:

 

1、电滥用预防:电池管理系统(BMS)实时监控每一颗电芯状态,并给出最合理的充放电策略;

2、 机械滥用防护:电池包的结构安全设计保证在经受高速碰撞、挤压甚至穿刺后依然能够保持结构安全强度;

3、热滥用防护:结合整车的系统需求,通过电池包的热管理优化设计,确保电池电芯在合理温度范围内;

4、热失控预警:一旦发生热失控,为客户及时提供报警,以便尽快撤离。

 

后者包括:

1、电芯层面:通过添加剂降低电芯材料热失控释放能量;

2、系统结构层面:使用高强度的材料,尤其是高温下拥有很高的耐冲击、高强度的材料作为防护措施

3、热阻隔:识别蔓延中的主要热量传导路径,再通过热设计阻隔不合理的传热路径,引导强化合理的热传递路径。

 

在热失控情况下,电池包内部会发成多种化学反应,引起压力异常、温度上升、气溶胶释放等,最终可能导致电池包起火甚至爆炸。2021年,琻捷电子推出了首颗国产面向新能源汽车电池包传感监测芯片SNP805,通过监测新能源汽车电池包压力变化,提前发出预警信息,避免电池包起火造成的生命和财产损失。

 

针对新能源汽车的电池系统安全,琻捷电子推出的产品包括BPS模组和BAS模组,据李梦雄介绍,BPS模组基于微机械压力(MEMS Pressure)和ASIC技术,实现了对环境压力的精确检测;BAS模组基于光学烟雾检测和ASIC技术,实现了对环境气溶胶浓度的精确检测。

 

 

究其原理,三元系锂电池在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,因此可通过高精度压力和温度模块对热失控进行监控(BPS模组),提前报警;磷酸铁锂的橄榄石结构带来的是高温稳定性。在热失控的化学反应中发生分解反应而非氧化反应,产气少且慢,相对安全。在热失控后期随着电解液的喷出,电池包内气溶胶浓度会快速提高,因此可以通过气溶胶浓度监测模块进行热失控监控(BAS),提前报警。