俄烏沖突持續(xù)，使國(guó)際原油的價(jià)格不斷沖高，國(guó)內(nèi)油價(jià)也一路飆升逼近10元大關(guān)。高油價(jià)促使用戶需求轉(zhuǎn)向新能源汽車(chē)。2月我國(guó)新能源市場(chǎng)保持高速發(fā)展，滲透率再破20%。盡管新能源汽車(chē)市場(chǎng)火熱，但這對(duì)于MEMS壓力傳感器來(lái)說(shuō)就不那么美好了。

　　MEMS壓力傳感器用單晶硅作材料，以MEMS技術(shù)在材料中間制作成力敏膜片，然后在膜片上擴(kuò)散雜質(zhì)形成四個(gè)應(yīng)變電阻，再以惠斯頓電橋方式將應(yīng)變電阻連接成電路，來(lái)獲得高靈敏度。MEMS壓力傳感器是汽車(chē)中應(yīng)用最多的傳感器之一，應(yīng)用于包括輪胎壓力、電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)中的剎車(chē)傳感器、側(cè)面氣囊與日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的引擎控制、大氣壓力與廢氣再循環(huán)壓力等。

　　車(chē)用MEMS壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式、聲表面波式等幾種常見(jiàn)的形式，但MEMS壓力傳感器大多應(yīng)用于汽車(chē)動(dòng)力和排放系統(tǒng)，全電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有這類(lèi)需求，這無(wú)疑抑制了許多MEMS壓力傳感器的需求。

　　2020年，ICE（內(nèi)燃機(jī)）汽車(chē)行業(yè)占據(jù)市場(chǎng)的92％，有2．5億顆MEMS壓力傳感器單元，預(yù)計(jì)2025年市場(chǎng)份額將下降到70％。但隨著汽車(chē)產(chǎn)量從2020年的7700萬(wàn)輛增加到2025年的1．05億輛，ICE將應(yīng)用2．8億顆MEMS壓力傳感器。也就是說(shuō)，至少在未來(lái)5-10年內(nèi)，ICE汽車(chē)行業(yè)中的MEMS壓力傳感器將保持適度增長(zhǎng)。

　　但隨著傳統(tǒng)ICE動(dòng)力總成的減少，10年后會(huì)發(fā)生什么？從目前的市場(chǎng)來(lái)看，MEMS壓力傳感器在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的新應(yīng)用正在出現(xiàn)，但尚不成規(guī)模。在已經(jīng)出現(xiàn)的新應(yīng)用中，熱失控監(jiān)測(cè)有望實(shí)現(xiàn)顯著增長(zhǎng)。

　　目前新能源汽車(chē)以鋰電池為主流，過(guò)度充電、過(guò)度放電、短路、高溫、擠壓、碰撞等原因都有可能引發(fā)“熱失控現(xiàn)象”。從數(shù)據(jù)測(cè)試來(lái)看，將單個(gè)電芯加熱至失控，在此過(guò)程中，溫度、電壓的模式相對(duì)較慢，能夠拿來(lái)作為指標(biāo)的主要是氣體、煙塵、壓力和電芯膨脹程度。因此，為了監(jiān)控和防止熱失控發(fā)生危險(xiǎn)，新能源電池中分別使用電壓傳感器、煙霧檢測(cè)器、溫度傳感器、壓力傳感器等不同方案來(lái)監(jiān)測(cè)熱失控現(xiàn)象的發(fā)生。

　　由于在熱失控發(fā)生時(shí)，壓力變化強(qiáng)烈，信號(hào)明顯，因此壓力傳感器成為了監(jiān)測(cè)熱失控的首選。當(dāng)有單節(jié)電池發(fā)生熱失控現(xiàn)象時(shí)，電池包內(nèi)壓力急劇上升。壓力傳感器檢測(cè)到壓力急劇變化時(shí)，觸發(fā)防爆閥打開(kāi)，釋放內(nèi)部壓力，以防止爆炸事故發(fā)生。

　　以NBPx系列壓力傳感器為例，這是一款專(zhuān)門(mén)為電池包壓力檢測(cè)設(shè)計(jì)的傳感器。采用QFN封裝，符合車(chē)規(guī)級(jí)，內(nèi)部集成了8位CPU。自動(dòng)檢測(cè)電池包內(nèi)壓力變化，通過(guò)內(nèi)置算法判斷壓力變化，一旦觸發(fā)預(yù)先設(shè)定的條件，就會(huì)通過(guò)中斷向外部MCU給出報(bào)警信號(hào)。在整個(gè)過(guò)程中，無(wú)需外部MCU的參與。也就意味著外部MCU可以進(jìn)入睡眠或關(guān)停狀態(tài)，只需要給BPMS供電，就能對(duì)包內(nèi)單節(jié)電池?zé)崾Э剡M(jìn)行及時(shí)有效的監(jiān)控。

　　除了新能源汽車(chē)，與新能源電池相關(guān)的使用領(lǐng)域中，從生產(chǎn)、存儲(chǔ)、使用、更換等，安全預(yù)警是MEMS壓力傳感器的強(qiáng)需求。隨著新能源電池生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，鋰電池的安全性越來(lái)越高，更多新型安全電池問(wèn)世不同種類(lèi)電源發(fā)生熱失控現(xiàn)象時(shí)特征又各有差別。

　　例如，用加熱法將電池包內(nèi)某顆電芯引爆后，壓力傳感器在電芯爆噴后立即有壓力變化響應(yīng)，35s后達(dá)到最大值，但最大變化幅值僅為2.5kPa，壓力變化率較??；CO傳感器在電芯爆噴后23s后達(dá)到最大量程1000ppm；煙霧傳感器在電芯爆噴后30s后達(dá)到最大量程2000μg/m3。

　　因此為了更可靠的監(jiān)測(cè)熱失控現(xiàn)象，現(xiàn)在的電池生產(chǎn)企業(yè)大多采用復(fù)合傳感器方案，也就是所謂的電池包熱失控傳感器。以TRDU5為例，這是一款電池?zé)崾Э靥綔y(cè)傳感器，由多個(gè)傳感器（H2、CO、CH4、絕壓傳感器、溫濕度傳感器)集成，采用LIN2.1通訊輸出。通過(guò)檢測(cè)在電池排氣過(guò)程中氣體濃度、壓力和溫度的變化，對(duì)電池包熱失控進(jìn)行預(yù)警。該傳感器可安裝在具有可滲透開(kāi)口的外殼中，以便在失效模式下感知電池產(chǎn)生的排氣氣體混合物。

　　結(jié)語(yǔ)

　　其實(shí)從整個(gè)工業(yè)環(huán)境來(lái)看，MEMS壓力傳感器的發(fā)展空間巨大，2020年中國(guó)MEMS傳感器市場(chǎng)規(guī)模為708.2億元，同比上漲14.78%，年均復(fù)合增速為18.16%，增速快于全球。因此，即便MEMS壓力傳感器在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用受限，但隨著新技術(shù)、新應(yīng)用場(chǎng)景的開(kāi)發(fā)，未來(lái)市場(chǎng)依然可觀。MEMS壓力傳感器的路還在那里，相信未來(lái)還會(huì)開(kāi)辟出新的路。

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