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BMS气压检测芯片介绍以及霍尼韦尔气压传感器拆解分析

2023/07/20
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周末早上去打篮球,真是好久没玩了,特地准备了一身装备,找找上学时的感觉,不过只有我一个人顶着太阳在投篮,再也没有一起玩的小伙伴了。

最近在看电池包内部使用的热失控传感器,目前在汽车电池包上面比较常见的是大气压力传感器,今天一起拆解学习来自于霍尼韦尔的一款BPS(Battery Pressure Sensors)气压传感器产品,在霍尼韦尔官网上面对其介绍了基本情况:如下图,它是用来检测锂离子电池包内的热失控事件(电池热失控会导致包内的气压上升),产品内部使用了MEMS微机电系统)和ASIC(专用集成电路)相结合的方案去实现,对外为数字通信方式。

上面有一个术语叫做MEMS(Micro Electro Mechanical System),即微机电系统,百度解释为:MEMS是指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置,其内部结构一般在微米甚至纳米量级,是一个独立的智能系统,涉及物理学、半导体、光学、电子工程、化学、材料工程、机械工程、医学、信息工程及生物工程等多种学科和工程技术;对于BPS来讲,就是应用MEMS技术,把压力传感器做得尺寸很小。

今天一起拆解与分析的产品如下图,型号为BPS-6L-001,来自于霍尼韦尔,用于检测电池包内的气压;它对外是LIN接口,需要外部提供电源,在上壳体有个小开口,用于感受外界的气压。

产品的尺寸图如下(来自霍尼韦尔官网),原厂在使用手册中,建议安装方式为LOGO面朝上,是为了更准确地感应外部的压力变化。

将下壳体拆掉,露出了PCBA的B面,可以发现PCBA与上壳体是通过连接器固定在一起的,而连接器的外壳与上壳体是一体的。

只能破坏拆解,把上壳体剪掉,PCBA的T面如下,PCB厚度为1.6mm,4层板,表面处理为镀金,最小封装的阻容为0402,器件上面有涂覆三防漆;连接器为6PIN直插类型。

PCBA的B面如下,可以发现B面没有布置器件,只布置了测试点。

因为单板比较小,所以模块划分比较清晰,主要器件如下图:单板上有一个单片机,来自于ST的STM8AF624;有一个LIN收发器,来自于TI的TLIN1029-Q1;有一个主电源LDO,来自于TI的TPS70950QDRVRQ1,为5V电源;另外最关键是BPS芯片,这个芯片没有找到型号。

具体看下这个压力检测芯片,本体表面有个圆孔,用来感受外部压力使用;压力检测芯片BPS用于感知外部的气压,并将模拟量转换成数字信号给到外部的MCU,一般压力检测芯片内部也会有MCU、另外还有用于感知气压的MEMS以及采集电路。

至于气压的检测原理有很多种方案,一种常用方案是通过压阻效应来实现气压检测;检测原理为BPS内部MEMS半导体材料电阻会随着气压变化而变化,通过检测这个电阻进而与气压关联起来,一般使用惠斯通电桥电路来检测这个电阻变化;一种MEMS的结构如下图(图片来源于网络),MEMS中间有一个半导体薄膜,就是利用它感受压力的变化;另外,一般BPS芯片内部都要做温度补偿或标定,因为MEMS材料的阻值受温度影响较大。

目前,很多应用是舍弃了BPS传感器产品,而将BPS芯片单独布置到BMS控制板上,主要目的是降低成本;另外很多厂家也可以提供BPS芯片,例如NXP的NBP系列。

还有比较常见的国产厂家琻捷的SNP805系列,如下图。

关于电池包内使用的热失控传感器,除了压力传感器外,还有气体传感器、气溶胶(烟雾)传感器等,后面有机会再学习下。

总结:

以上所有,再一次仅供参考。

 

 

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霍尼韦尔

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霍尼韦尔在华的历史可以追溯到1935年。当时,霍尼韦尔在上海开设了第一个经销机构。1973年美国总统尼克松访华时,应中国政府之邀从十大领域推荐精英企业来华推动两国双向交流,并促进中国的现代化建设。其中炼油石化领域唯一被选中推荐给中国政府的美国环球油品公司,正是霍尼韦尔旗下的子公司。80年代的改革开放成为了霍尼韦尔融入中国经济发展的又一个新起点,作为首批在北京设立代表处的跨国企业,霍尼韦尔在彼时开始了一系列的高品质投资。目前,霍尼韦尔四大业务集团均已落户中国,旗下所辖的所有业务部门的亚太总部也都已迁至中国,并在中国的20多个城市设有多家分公司和合资企业。目前,霍尼韦尔在中国的投资总额超10亿美金,员工人数超过12,000名。

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公众号“新能源BMS”主笔,从事新能源汽车电池系统设计工作,具体为BMS硬件设计工作将近10年,在几个大的主机厂都工作过;希望通过文字,把一些设计经验和总结分享给大家,共同成长。