隨著氣候變化問題日益嚴(yán)峻,人類必須采取有力措施來大幅減少碳排放。在新的立法和政策框架下,汽車行業(yè)正面臨前所未有的壓力。以歐洲綠色協(xié)議下的“Fit for 55”倡議為例,該倡議提議修改法律法規(guī),以降低新車二氧化碳排放量,目標(biāo)在2030年之前,將排放量水平比2021年減少55%。而最終目標(biāo)是到2035年將新車和貨車的二氧化碳排放量減少100%。這一倡議的實(shí)施意味著從2035年起將禁止使用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的新車,從而加速純電動汽車(BEV)的普及。
然而,解決從燃料開采到車輛駕駛?cè)痰亩趸寂欧艈栴}需要更多的解決措施來應(yīng)對。盡管各國正在加緊部署更環(huán)保的能源,但在短期內(nèi)它們還無法提供足夠的能源來推動新型電動汽車的發(fā)展。此外,許多國家的電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的覆蓋率仍然不足,這對可持續(xù)汽車解決方案提出了挑戰(zhàn)。
因此,優(yōu)化車輛電池電源的部署至關(guān)重要,這樣做有助于減少國家電網(wǎng)的能源需求并增加電動汽車的續(xù)航里程。而車輛的熱管理系統(tǒng)在優(yōu)化電池性能方面起著至關(guān)重要的作用,因?yàn)樗軌驊?yīng)對外部溫度對電池效率的影響,以及滿足駕駛室制暖或制冷的能量需求。
為了實(shí)現(xiàn)更高水平的熱管理效率,OEM和系統(tǒng)制造商需要借助精準(zhǔn)、可靠且微型化的壓力感測技術(shù),該技術(shù)應(yīng)具備應(yīng)對各種類型介質(zhì)的性能,能夠精準(zhǔn)測量氣體和液體的壓力。同時,感器芯片應(yīng)具備抗凍性能,以避免在測量過程中因介質(zhì)凍結(jié)而損壞。
熱管理技術(shù)
電動汽車中的熱管理系統(tǒng)由多個相互作用的制冷和冷卻回路構(gòu)成,用于控制駕駛室和電池組的溫度以及對電力電子設(shè)備和電機(jī)進(jìn)行冷卻。在這個系統(tǒng)中部署有壓力傳感器芯片及溫度傳感器芯片,用以監(jiān)測制冷液的狀態(tài),有助于優(yōu)化系統(tǒng)效率,并保護(hù)關(guān)鍵部件免受損壞。
▲ 邁來芯BEV熱管理系統(tǒng)芯片解決方案
系統(tǒng)集中化是電動汽車熱管理的主流趨勢。該技術(shù)通過將更多組件緊密集成,以最大限度地減輕重量及管路,同時提高系統(tǒng)的可靠性并簡化安裝過程。
在2021年,前福特工程師Sandy Munro(現(xiàn)為工程咨詢公司Munro & Associates的創(chuàng)始人)對福特Mach-E和特斯拉Model Y的熱管理系統(tǒng)進(jìn)行了拆解。Sandy和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),Mach-E的熱系統(tǒng)包含35個部件,軟管長達(dá)18.42m,重量為22.4kg,相比之下,Model Y熱系統(tǒng)展現(xiàn)了高度的集成化,僅包含10個部件、軟管長度為6.35m,重量為9.2kg,部件數(shù)量和重量上都有明顯優(yōu)勢。
“對于汽車OEM和系統(tǒng)制造商來說
在集中式系統(tǒng)的組件內(nèi)安裝壓力傳感器芯片有助于減少制冷劑和冷卻回路內(nèi)潛在的故障點(diǎn)”
微型MEMS壓力敏感元件為這一技術(shù)方向提供了強(qiáng)有力的支持,該傳感器芯片具備更可靠、更精準(zhǔn)的特性,且采用更小巧的封裝,從而顯著提升了系統(tǒng)的性能。
MEMS壓力敏感元件解決方案
十年前,邁來芯向市場推出了MLX90809,這是第一款采用堅(jiān)固封裝的出廠校準(zhǔn)壓力傳感器芯片,專為滿足汽車制動系統(tǒng)中對安全性要求嚴(yán)苛的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。自此之后,邁來芯不斷推陳出新,相繼推出了高度集成的壓力傳感器芯片,實(shí)現(xiàn)了裸片產(chǎn)品小型化(如MLX90819/20),并發(fā)布了超高精度的無PCB汽車壓力傳感器芯片(如MLX90822/23/24/25)。
然而,MEMS技術(shù)在電動汽車熱管理系統(tǒng)應(yīng)用中存在一些局限性。許多現(xiàn)有的低壓傳感器芯片,無論是PCB還是無PCB,都難以承受超過20bar的爆裂壓力,否則可能會導(dǎo)致傳感器芯片損壞(如凝膠破裂、綁定線斷開)。此外,當(dāng)相對壓力傳感器芯片的背面承受壓強(qiáng)時,存在芯片與封裝分離的風(fēng)險,而且這些傳感器芯片通常只能測量氣體介質(zhì)的壓力。
在使用過程中,如果傳感器芯片的凝膠側(cè)長時間與被測液體接觸,存在液體滲透凝膠導(dǎo)致傳感器芯片輸出漂移的風(fēng)險。而其他類型的傳感器芯片雖然能夠耐受大部分液體,但要么無法應(yīng)對液體凍結(jié)的情況,要么難以實(shí)現(xiàn)小型化。對于汽車行業(yè)而言,許多現(xiàn)有的封裝和裸片MEMS解決方案都無法滿足。
▲MEMS傳感器芯片設(shè)計(jì)及其局限性的比較
邁來芯的Triphibian技術(shù)
開發(fā)一種能夠可靠地承受遠(yuǎn)超過5 bar壓力,同時保持與液體介質(zhì)接觸的MEMS傳感器芯片,將足以顛覆整個汽車行業(yè)及相關(guān)市場。邁來芯憑借榮獲專利的Triphibian技術(shù)實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)(專利US11169039)。
注:之所以稱為Triphibian,是因?yàn)樵摷夹g(shù)能夠測量液體和氣體兩種物質(zhì)狀態(tài)的壓力,同時能夠應(yīng)對固體和等離子體這兩種物質(zhì)狀態(tài)。
Triphibian傳感元件采用IC封裝,內(nèi)部包含一個懸臂梁,其尖端帶有感應(yīng)膜。該傳感器芯片的懸臂梁結(jié)構(gòu)在壓力瞬變和爆破壓力情況下周圍的壓力仍然處于均衡狀態(tài),這一設(shè)計(jì)比背面暴露的解決方案更穩(wěn)健,后者在玻璃基座側(cè)和引線鍵合側(cè)之間仍然存在壓力差。壓力均衡原理也適用于冷凍介質(zhì),這是MEMS首次在此類環(huán)境中應(yīng)用。
▲Melexis Triphibian的懸掛懸臂設(shè)計(jì)
“邁來芯針對汽車熱管理系統(tǒng)提供的是封裝的、易于集成的、經(jīng)過出廠校準(zhǔn)的且采用創(chuàng)新技術(shù)的壓力傳感器解決方案。該傳感器芯片采用SOIC16封裝,可通過回流焊工藝與PCB板實(shí)現(xiàn)電連接,同時易于實(shí)現(xiàn)傳感器密封。”
MLX90830是Triphibian產(chǎn)品系列中的第一款產(chǎn)品,可以用前所未有的方式測量2至70bar的氣體和液體介質(zhì)。
●測量2-70bar液體、氣體,并能夠應(yīng)對固態(tài)狀態(tài)
●顛覆MEMS壓力測量
隨著世界面臨的挑戰(zhàn)不斷增加, MEMS壓力傳感器芯片技術(shù)將成為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的重要工具。除了在汽車熱管理方面的應(yīng)用外,該技術(shù)還可以應(yīng)用于許多其他領(lǐng)域。例如,氣候變化對人類的影響日益明顯,水資源短缺問題正在成為一個熱議焦點(diǎn),Triphibian傳感器芯片可以幫助管理本地用水量,而這只是其眾多潛在領(lǐng)軍市場應(yīng)用中的一個例子。
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原文標(biāo)題:技術(shù)洞見 | Triphibian?:革新電動汽車熱管理領(lǐng)域的壓力傳感器技術(shù)
文章出處:【微信號:Melexis邁來芯,微信公眾號:Melexis邁來芯】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
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