近年来新能源汽车自燃事件屡屡发生，我国于2021年1月1日期强制执行电池包热失控前要提前5分钟报警，电池pack 厂和车厂没有好的解决方案，要达到这个要求只能靠芯片。另一方面，则是汽车传感器国产化率不足4%的事实……
作为新能源汽车大国，2021年全国新能源汽车销量达到350万辆，今年有望超过500万辆，市场机构预测2025年新能源汽车销量将超过1000万辆。新能源汽车的快速发展，也带来对锂电池安全性的严峻考验，近年来新能源汽车自燃事件屡屡发生，我国于2021年1月1日期强制执行电池包热失控前要提前5分钟报警，电池pack 厂和车厂没有好的解决方案，要达到这个要求只能靠芯片。
另一方面，据调研机构数据显示，2021年全球动力电池市场份额中国企业超半数，合计达 51.5%。新能源汽车市场也从政策补贴推动，转变为了市场驱动，预计2025年中国新能源汽车销量预计超过1000 万辆。然而这亮眼的成绩背后，是汽车传感器国产化率不足4%的事实。
传感器在新能源汽车、储能、工业和消费的市场规模在2025 将超过2500 亿元，加速国产替代和产品创新，是摆在国产汽车传感器厂商面前最重要的大事。
在8月5日由中国半导体行业协会集成电路设计分会和芯原微电子（上海）股份有限公司联合主办的“第十二届松山湖中国IC创新高峰论坛” （简称“松山湖论坛”）上，琻捷电子总经理李梦雄科普了电池包结构和热失控原理，并介绍了公司的电动汽车电池安全监测产品方案是如何对热失控进行防护措施的。
琻捷电子总经理李梦雄
锂离子电池热失控原理和预防措施
动力锂电池，生产所需材料主要包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜及包装材料等。电池包主要包含电池模组，盖板，防护层，散热系统，电池托盘等。
据李梦雄介绍，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，电芯隔膜将融化分解，多种反应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。这种累积的互相增强的破坏作用，其后果是导致电芯防爆膜破裂，电解液喷出，发生燃烧起火。
锂离子电池的滥用可分为三类：机械滥用（包括挤压、针刺和碰撞等）、电滥用（内部短路、过放电和过充等）和热滥用（过热等）；三种滥用形式可能导致热失控的共同环节：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。当电池失控时，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，当电池失控形成火灾三角形，即燃烧或爆炸。
防止电池热失控，有两个途径：主动防护与被动防护。
主动防护设计
- 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
- 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
- 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
- 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
.被动防护设计
- 电芯层面: 通过添加剂降低电芯材料热失控释放能量
- 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强度的材料作为防护措施
- 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。通过监控压力、温度等指标，可以在热失控造成伤害前提前预警。
可见，只有高效可靠的电源管理方案，才能保障电池使用过程中的安全。2022年8月16-17日，Aspencore将在南京国际博览中心2号馆举办IIC Shanghai (国际集成电路展览会暨研讨会)，其中17日举办的《高效电源管理及宽禁带半导体技术应用论坛》，聚集了国内外多家PMIC原厂、测试测量厂商专家，电动汽车电源管理将是本次论坛重点关注的议题。欢迎大家点击这里报名，到场交流相关话题。
首颗国产电池包压力检测芯片
琻捷电子推出BPS和BAS电池包传感监测芯片产品，为新能源汽车的电池系统提供安全保障。李梦雄称，这是首颗国产电池包压力检测芯片，通过监测新能源汽车电池包压力变化，供了更快速可靠的热失控监测管理措施，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。
原理方面，BPS模组基于微机械压力（MEMS Pressure）和专用集成电路（ASIC）技术，实现了对环境压力的精确检测。三元系锂电池，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，提前报警。
“琻捷电子的BPS产品即针对三元锂电池应用，提供温度和压力监控，一旦达到报警阈值，就会发出警报。“李梦雄说到。
BAS模组基于光学烟雾检测和专用集成电路（ASIC）技术，实现了对环境气溶胶浓度的精确检测。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，可以通过气溶胶浓度监测模块进行热失控监控，提前报警。琻捷电子的BAS产品即针对磷酸铁锂电池应用。
李梦雄表示，琻捷电子的BPS模组和BAS模组集成温度传感器、压力传感器以及供电电压检测单元，具有成本低、体积小、PCB集成优势，而且功耗低，支持休眠、唤醒模式，并有丰富的功能定义，支持多区间报警，支持多种报警模式，可针对不同场景设置多种工作模式，在电池发生热失控时，就为用户正确了至少5分钟的黄金逃生时间。
据悉，相应的芯片产品和解决方案已经在宁德时代等品牌客户量产出货。
关于琻捷电子
琻捷电子成立于2015年，专注于高性能汽车级芯片的研发、设计与销售，致力于为客户提供优秀的汽车电子传感芯片和完整的系统解决方案，是国内领先的汽车芯片供应商。公司研发位于上海浦东张江高科技园区，有170多人，注册地在南京江北新区有30多人。同时在深圳，武汉等多地设有分公司和办事处，公司的核心团队在汽车芯片领域具有丰富的研发设计和经营管理经验。
琻捷电子是国内少数涉及汽车功能安全的传感芯片设计公司（Fabless）之一，公司的TPMS（胎压传感监测）芯片自2017年量产以来，已经在一汽大众，三一重工，东风汽车等多家国内外汽车品牌实现量产，累计出货数千万颗，打破了知名国际品牌芯片供应商的垄断。
琻捷电子汽车传感芯片共有六大产品线，包括：
- 电池包BPS (已量产)，无线采样芯片(开发中)
- TPMS/TMS (已量产)
- 通用传感芯片USI (已量产)
- 车载无线传感芯片(已量产)
- 传感控制芯片 (已量产)
- 车载电源芯片PMU (已量产)
其中通用传感接口芯片（USI）适用于车载空调，刹车助力，真空助力等应用场景，已经进入国内外众多整车厂商的供应链，出货量快速增长。
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