（文/程文智）在8月5日第十二屆松山湖中國IC創(chuàng)新高峰論壇，面向“智慧出行”的創(chuàng)新IC新品推介會上，琻捷電子科技有限公司帶來了其BPS電池包壓力檢測傳感芯片相關(guān)應(yīng)用及介紹。琻捷電子首顆國產(chǎn)電池包壓力檢測芯片，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。

近年來，國內(nèi)新能源汽車市場異常火爆，去年全國新能源汽車銷量達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的350萬輛，今年上半年就已經(jīng)超過了260萬輛，預(yù)計今年能超過550萬輛。在新能源汽車銷量火爆的情況下，新能源汽車的安全性，特別是鋰電池的安全性越來越受到人們的關(guān)注。

面對電動汽車自燃事件頻發(fā)，儲能電站火災(zāi)事故也時有發(fā)生的狀況，在2020年5月12日，國家出臺一個強制標(biāo)準(zhǔn)，即《電動汽車車用蓄電池的安全要求》，其中提到電池包發(fā)生熱失控，比如說自燃、著火，必須提前5分鐘報警。該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)自2021年1月1日起正式實施。

圖：琻捷電子總經(jīng)理李夢雄

在琻捷電子總經(jīng)理李夢雄看來，目前這個強制標(biāo)準(zhǔn)電池Pack廠和車廠都沒有很好的解決方案，只能靠芯片來解決。

那么芯片如何解決這個報警問題呢？這就需要從電池包的結(jié)構(gòu)說起。動力鋰電池，生產(chǎn)所需要的材料主要包括正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜及包裝材料等。電池包主要包含電池模組、蓋板、防護(hù)層、散熱系統(tǒng)和電池托盤等。

圖：電池包結(jié)構(gòu)

由于鋰離子電池結(jié)構(gòu)的特性，如果發(fā)生熱失控的話，隨著溫度的上升，最早是隔膜分解，隨后電解液、EC等會發(fā)生分解反應(yīng)，電解液的分解物還會與正極、負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，電芯隔膜將融化分解，多種反應(yīng)導(dǎo)致大量熱量的產(chǎn)生。

隔膜融化導(dǎo)致內(nèi)部短路，電能量的釋放又增大了熱量的產(chǎn)生，這種累積的互相增強的破壞作用，后果就是導(dǎo)致電芯防爆膜破裂，電解液噴出，發(fā)生燃燒起火，甚至爆炸。

圖：電池包熱失控原理

李夢雄指出，有三種情況會導(dǎo)致熱失控問題的發(fā)生，分別是：機械濫用（包括擠壓、針刺和碰撞等）、電濫用（內(nèi)部短路、過放電和過充等）和熱濫用（過熱等）；三種濫用形式可能導(dǎo)致熱失控的共同環(huán)節(jié)：內(nèi)部短路，最終由于電極活性物質(zhì)之間的相互作用而導(dǎo)致熱失控。當(dāng)電池失控時，其他可燃?xì)怏w產(chǎn)品和電解液蒸汽和陽極產(chǎn)生的氧氣在高溫下與空氣混合，當(dāng)電池失控形成火災(zāi)三角形，即燃燒或爆炸。

從這原理來講，防護(hù)措施有兩種，即主動防護(hù)設(shè)計和被動防護(hù)設(shè)計。

其中主動防護(hù)設(shè)計包括：
?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；
?機械濫用防護(hù)：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；
?熱濫用防護(hù)：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)；
?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。

被動防護(hù)設(shè)計包括：
?電芯層面：通過添加劑降低電芯材料熱失控釋放能量；
?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_擊強度的材料作為防護(hù)措施；
?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。

在李夢雄看來，熱失控情況下，電池包內(nèi)部會發(fā)生多種化學(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。因此，琻捷電子推出了BPS模組和BAS模組產(chǎn)品，為新能源汽車的電池系統(tǒng)保駕護(hù)航。

其中，BPS模組基于微機械壓力（MEMS Pressure）和專用集成電路（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)煙霧檢測和專用集成電路（ASIC）技術(shù)，實現(xiàn)了對環(huán)境氣溶膠濃度的精確檢測。

圖：琻捷電子的電池包熱失控監(jiān)測產(chǎn)品

BPS模組主要用于監(jiān)測三元鋰電池。因為三元鋰電池?zé)崾Э剡^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，可通過高精度壓力和溫度模塊對熱失控進(jìn)行監(jiān)控，提前報警。

BAS傳感監(jiān)測方案主要針對磷酸鐵鋰電池，因為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，可以通過氣溶膠濃度監(jiān)測模塊進(jìn)行熱失控監(jiān)控，提前報警。

李夢雄認(rèn)為，琻捷電子的核心優(yōu)勢是成本低、體積小、PCB集成度高；集成了溫度傳感器、壓力傳感器以及供電電壓監(jiān)測單元；低功耗，支持休眠、喚醒模式；豐富的功能定義，支持多區(qū)間報警，支持多種報警策略；針對不同場景，可以設(shè)置多種工作模式等。

圖：琻捷電子的汽車傳感芯片產(chǎn)品和基于琻捷電子技術(shù)的傳感器模組

前面提到的幾個產(chǎn)品都是模組產(chǎn)品，其實這些模組產(chǎn)品是基于琻捷電子的汽車傳感器芯片的，比如其TPMS/BLE芯片SNP70X/73X/74X等；BPS芯片SNP80X；USI芯片SNU501；無線傳輸芯片SNJ30X等。

據(jù)了解，琻捷電子的電池包傳感監(jiān)測芯片，包括BPS和BAS芯片，針對新能源汽車電池包熱失控管理，提供了更快速可靠的熱失控監(jiān)測管理措施，相應(yīng)的芯片和解決方案已經(jīng)在寧德時代等品牌客戶量產(chǎn)出貨。