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电动汽车动力电池新国标即将实施,你的设计足够安全吗?  [复制链接]

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2020-10-19来源: EEWorld

2020年10月14-16日, 中国国际半导体博览会( IC China2020 )在上海举行。与往年不同的是,今年大唐恩智浦展位的主角只有一个——车规级单电芯监测芯片DNB1168,与之配套的,一套契合实际应用的电池模组总成解决方案赫然摆在展台的正中央。


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大唐恩智浦与其战略合作伙伴苏州恒美电子科技股份有限公司(以下简称“苏州恒美电子”)共同设计的电池监控单元( Cell Supervision Controller,简称CSC )


独有三维电池监测芯片,直面新国标


其实,这早已不是该技术的首秀,过去几年的IC China上,大唐恩智浦每年都会展示这项技术。但与以往不同的是,以前推广的产品更多停留在功能展示阶段,而这一次,是真的可以实实在在应用的产品和方案。“整车厂商拿到这个方案,能够清楚、直观的理解系统方案的应用,同时可以迅速了解方案所带来的功能提升和系统价值。”大唐恩智浦半导体有限公司产品管理和应用部部门经理刘涛介绍。


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大唐恩智浦半导体有限公司产品管理和应用部部门经理刘涛

与市面上的传统解决方案相比,大唐恩智浦与苏州恒美电子共同设计的电池监控单元具备三大独特优势:


1、省物料:由于DNB1168本身集成度很高,很多外围器件功能都集成到了芯片内部,所以方案中外围器件特别少。系统整体设计也采用了嵌入式电池管理方案,省去了系统层面的物料,如PCB、线束、连接器等,比如在黄色的柔性PCB上,完全看不到任何实体线束,从而有效降低了系统成本,这对整车厂商而言,无疑是个好消息。


2、省空间:对整车而言,Z轴方向的空间是寸土寸金。如果能在Z轴放向省掉哪怕是几毫米,都为整车方案预留了更多的设计空间。所以在方案设计之初,大唐恩智浦和苏州恒美电子就特别考虑了Z轴方向的空间,所有元器件都有效利用了电池母排和上盖板之前的缝隙,而不占用任何额外的空间,从而为整车厂带来了整车空间的节省。


3、三维监测更快更安全:从展示方案的架构可以看出,8串电池对应8个芯片,整体方案是100%全分布式架构,这就意味着每节电池都能被无缝监测到。就芯片性能而言,DNB1168是基于大唐恩智浦独有的电化学阻抗频谱技术设计的锂离子电池单芯监测芯片,创新性地集成电压、阻抗和温度的监测功能于一体,实现了电子技术与电化学技术的完美结合。刘涛介绍,大唐恩智浦电池管理监测芯片无需外部热电耦传感器,而是通过对电芯进行阻抗监测来获取电芯内部温度信息,能够在几秒钟之内监测出电芯内部是否有快速的温度变化。“这样做可以带来的好处是显而易见的,因为热失控有可能是从电芯内部一个热点蔓延开来的,目前市场现有的方案不具备阻抗监测,只是在电芯表面贴装一些温度传感器,这样做有明显的弱点:首先这种方案并不支持每节电芯都能够贴装温度传感器,其次在电芯尺寸越做越大的技术演进下,有可能内部热点的热传导到外部需要超过5分钟甚至更长的时间,这对于动力电池新国标GB38031-2020里的热失控监测要求来说是不可接受的,“刘涛说到。

2020年5月12日,国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布了《电动汽车安全要求》《电动客车安全要求》和《电动汽车用动力蓄电池安全要求》三项强制标准,计划于2021年1月1日起开始实施,这也是我国电动汽车领域的首批强制性标准。其中,《电动汽车用动力蓄电池安全要求》增加了电池系统热扩散试验,要求电池单体发生热失控后,电池系统在5分钟内不起火不爆炸,为乘员预警并预留安全逃生时间。而本次展示的大唐恩智浦的方案正是通过阻抗监测发现潜在安全隐患,并在5-10秒的时间内作出响应,这为电芯热失控监测提供了一个绝佳的低成本方案。“基于电压、温度、阻抗的电芯三维监测,电池厂、整车厂还可以做很多全新应用,解决电动车行业本身存在的一些痛点。”刘涛补充到。

据悉,目前DNB1168已能提供工程样片,并将在明年量产。目前正在和国内外多家客户进行新品方案开发,同时也在与产业链上下游的厂商合作,这次展示的方案就是与其战略合作伙伴苏州恒美电子一起开发的嵌入式模组集成解决方案。苏州恒美电子成立于2009年5月20日,注册资金RMB2000万元,主要从事汽车动力电池包内低压线束、采集FPC、PCBA及新能源三电控制器(VCU、MCU、BMS)研发、生产、销售。大唐恩智浦的芯片技术结合恒美的系统集成技术,最终的解决方案能够紧密贴合客户实际需求。

刘涛同时也表示,目前美国、日本等老牌半导体厂商占据着汽车电池监测芯片的大部分市场,大唐恩智浦DNB1168的推出,为整车厂商、一级供应商、电池厂商打开了电动汽车关键国产芯片的大门,同时也提供了一种全新的选择。


大唐恩智浦,生而不凡


顾名思义,大唐恩智浦是由大唐电信和恩智浦在2014年共同出资成立的,新公司承接了两大股东大唐电信(持股51%)和恩智浦(持股49%)的资源优势,并拥有一支强有力的管理团队,因而能够精准定位目标市场,立足自主研发,实施跨界资源整合。公司业务定位于新能源汽车的电池管理、电机驱动、以及相关的集成电路设计,专注于研发和销售采用高性能混合信号技术的高级专用汽车电子IC,凭借专有的技术和市场颠覆性的创新产品为客户增加独特的价值,致力于成为全球领先的汽车半导体公司。

其实,早在2014年创立之初,大唐恩智浦就已经将汽车BMS(电池管理系统)芯片列为了重点产品方向。正是因为领导层看到了新能源汽车是未来发展的必然趋势,而其中的电池管理系统是核心部件,肩负着实时监控电池状态、高效利用电池能量、防止电池过充电和过放电,延长电池使用寿命的重要职责。经过六年精心打磨而诞生的DNB1168,也将在电池管理领域肩负起安全防护的重任。

同时,在电池监测产品之外,大唐恩智浦的另外一款产品——TDA3629车灯调节芯片,早已默默地坐在了市场份额全球第一的宝座。车灯调节器芯片是由恩智浦转入合资公司的产品,主要用于控制乘用车车前灯光束的水平调节,司机可以使用仪表盘上的电位器调节车灯状态。该芯片拥有低定位误差,低噪音敏感度,低输入电流,热过载保护,设置面板显示断线和短路,电机短路制动功能,外置滞后级别等特性。

刘涛介绍,公司自成立以来一直牢牢掌握着核心技术,目前已经积累了80多项电池管理相关专利。质量控制一直沿用车规级的质量管理体系标准,包括车规级的研发流程、车规级的前道工厂、后道工厂,产品也会通过汽车电子元器件质量标准AEC-Q100,同时,产品也会遵循ISO26262汽车电子功能安全标准来进行开发设计。

对于未来

刘涛也坦言,半导体供应商想要获取更多的客户,快速、专业的客户支持是必须的。相对与老牌半导体厂商庞大的组织架构和冗长的决策链而言,大唐恩智浦能够快速、灵活地对客户需求进行响应与支持。大多数国内客户喜欢面对面的直接沟通,所以在有条件的情况下,公司能去客户现场支持就去现场支持,如果不能去,也会通过视频会议、在线工具等其他在线形式进行快速支持。

大唐恩智浦针对纯电动、插电式混动汽车,将重点研发车规级单电芯监测芯片。未来3-5年,公司内部至少已经规划了另外三款电池监测产品。刘涛表示,在与客户合作的过程中,得到了很多反馈,因而公司的开发路线图也一直在更新维护。未来,大唐恩智浦提供给客户的将会是更多功能、更高性能、更低成本的芯片。公司也将与中国和全球客户密切合作,以国际领先的技术服务于客户,助力电动汽车市场的发展。

展位一览

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与赛迪领导交流电池监控单元


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与苏州恒美电子的小伙伴


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基于DNB1168的嵌入式电池连接系统


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车规级单电芯监测芯片DNB1168功能演示板


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