汽車電池電路中NTC熱敏電阻的可靠性
發布時間：2024-2-19 14:04
發布者：eechina
|
來源：DigiKey 作者： Alain Stas 在電動汽車電池管理系統中使用柔性 PCB 時，激光焊接產生的機械應力和溫度變化可能會導致表面貼裝 NTC 熱敏電阻出現熱裂紋，這是一種潛在的災難性故障，很難檢測到。使用具有柔性端子的塊狀金屬氧化物熱敏電阻，可以最大限度地降低元器件開裂的風險。 隨著電動汽車 (EV) 市場的持續快速增長，技術挑戰和為應對這些挑戰而開發的創新也隨之增加。其中，設計工程師最為關注的是改進電池技術、提高電源電路效率和快速充電解決方案。 目前，電動汽車主要使用鋰離子電池，單電池單體電壓為 3.6 V 至 3.7 V。因此，打造總電壓為 500 V 至 900 V 的動力系統可能需要串并聯多達數百個這樣的電池單體。此外，如此多電池單體構成的系統需要高效的電池管理系統 (BMS) 來優化性能，該系統必須能夠監測溫度、阻抗（電池單體內阻）、電壓以及充放電電流。其中每項指標都會影響電池性能。 BMS 由電池單體管理控制器 (CMC) 和主控中央單元或電池管理控制器 (BMC) 組成。CMC 使用多通道集成電路 (IC)（目前最多配備 16 通道）來執行監控功能，而 BMC 則負責處理各個 CMC 的控制功能。此類系統中測量的核心參數是溫度、阻抗、電壓和電流。 具體到溫度測量，負溫度系數 (NTC) 熱敏電阻是最常見的元器件解決方案。通常，這些器件緊貼電池單體或模組壁或電氣連接安裝，以確定“熱點”。由于該熱敏電阻的電阻負溫度系數較大，隨著其溫度升高，電阻會以高靈敏度曲線下降。溫度通過由 IC 中的集成模擬/數字轉換器 (ADC) 測量電阻-熱敏電阻網絡中的電壓來確定。準確的溫度讀數對于電池的正常功能和系統安全必不可少。而 NTC 和測量電路電阻又對精確的溫度測量至關重要。 
典型的表面貼裝 NTC。（圖片來源：Vishay） 高壓電池系統可以包括 20 個或更多表面貼裝 NTC 熱敏電阻，這些熱敏電阻位于包裹電池結構組件的柔性電路上。如果安裝基板是 FR4 PCB，則可以對這些元器件進行回流焊或波峰焊。然而，一些柔性電路無法使用這些焊接技術，而是依靠局部加熱的激光焊接，以避免損壞其他敏感部件。如果這一過程未受到嚴格控制，可能會導致陶瓷元器件出現熱裂紋。同樣，整個電池系統在組裝和工作過程中也會受到很大的機械應力。而且，柔性電路板組件也會受到通過元器件端子傳導的扭力的影響，甚至元器件本身會直接承受壓力，導致開裂。
啞光處理 SN/Pb（錫/鉛）板，鉛含量至少為 4%。（圖片來源：Vishay） 此類故障取決于多種因素，使其難以檢測，并且不太可能提前預測故障的出現。此外，多層陶瓷電容已經充分證明，實際元器件故障（元器件開裂）可能在系統完成部署之后的很長一段時間才出現。這種故障也可能是災難性的，使得更換/維修的代價非常高。 為了降低由于溫度變化或使用柔性 PCB 時可能出現的機械應力而導致元器件開裂的風險，Vishay NTCS 系列熱敏電阻采用塊狀金屬氧化物材料，配有固化環氧樹脂封裝的鎳-錫鍍層聚合物端子，而不是采用燒結的厚膜材料。這種解決方案提供柔性端子結構，其應力測試期間的表現顯著優于其他端子材料，同時也顯著優于來自其他制造商的多層陶瓷結構元器件的柔性端子方案。 由于使用柔性 PCB 電路的電池管理系統的各個組件承受的應力不盡相同，因此采用能夠吸收扭力和熱應力的柔性端子解決方案可以顯著減少潛在的現場故障，從而提高可靠性，延長使用壽命。 |
網友評論