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常見的BMS核心芯片主要涉及計算單元(如MCU)、AFE(模擬前端芯片)、數字隔離器、ADC(模數轉換器)、CAN總線收發器、網絡變壓器、電流傳感器、保險絲/電纜及其他部件等。
BMS芯片及元器件組成
1、計算單元(MCU、FPGA等):實現控制、計算等功能
MCU作為計算平臺,需要滿足AEC-Q100、ISO26262等認證。以ADI 48V油電混合BMS系統為例,MCU起到繼電器控制、SOC/SOH估計、均衡控制、電芯電壓、電流、溫度數據收集、數據存儲等作用。相較于消費級和工業級MCU,車規級MCU行業壁壘更高。車規級半導體對產品的可靠性、一致性、安全性、穩定性和長效性要求較高,研發難度較大:汽車行駛的外部溫差較大,對芯片的寬溫控制性能有較高要求;在產品壽命方面,整車設計壽命通常在15年及以上,遠高于消費電子產品的壽命需求;在失效率方面,整車廠對車規級半導體的要求通常是零失效;在安全性方面,汽車電子的高功能安全標準給復雜性日益增長的電子系統量產化提供了足夠的安全保障。車規級半導體的供應周期需要覆蓋整車的全生命周期,供應需要可靠、一致且穩定,對企業供應鏈配備和管理方面提出了較高要求。
車規MCU原廠有德州儀器、意法半導體、恩智浦、英飛凌、瑞薩、中穎、兆易創新、芯海、國民技術、賽騰微、杰發、芯旺、小華半導體、云途、琪埔維、比亞迪半導體、芯馳、航順、先楫、旗芯微、上海航芯、輿芯、芯擎、中科海芯、中微半導體、輝芒微、極海、曦華等。
2、AFE芯片(模擬前端芯片):實現電池信息采集、狀態監測等功能
AFE(模擬前端,Analog Front End)是包含傳感器接口、模擬信號調理 (Conditioning,包括阻抗變換、程控增益放大、濾波和極性轉換等)電路、模擬多路開關、采樣保持器、ADC、數據緩存以及控制邏輯等部件的集成組件。有些AFE還帶有MCU、DAC和多種驅動電路。
亞德諾典型12節BMIC-AFE芯片電路圖
AFE原廠有亞德諾、德州儀器、意法半導體、松下、恩智浦、瑞薩、微芯、MPS、比亞迪半導體、琪埔維、大唐恩智浦、矽力杰、芯海、圣邦、賽微微電、中穎、鵬申科技、杰華特、集澈、精工、凹凸、力芯微、希荻微、華泰半導體、芯祥科技等。
3、隔離電路:實現高低壓模塊間電氣隔離
隔離器件實現高低壓模塊間的電氣隔離,技術路線包括光耦隔離和數字隔離。隔離器件是可以將輸入信號進行轉換并輸出,以實現輸入、輸出兩端電氣隔離的一種安規器件。電氣隔離能夠保證強電電路和弱電電路之間信號傳輸的安全性,如果沒有進行電氣隔離,一旦發生故障,強電電路的電流將直接流到弱電電路,對電路及設備造成損害。另外,電氣隔離去除了兩個電路之間的接地環路,可以阻斷共模、浪涌等干擾信號的傳播,讓電子系統具有更高的安全性和可靠性。高電壓(強電)和低電壓(弱電)之間信號傳輸的設備大都需要進行電氣隔離并通過安規認證。
車規隔離器原廠有亞德諾、德州儀器、芯科、英飛凌、意法半導體、思佳訊 、埃戈羅、安森美、NVE、Vicor、東芝、納芯微、智芯微、數明、格勵微科技、榮湃、川土微、思瑞浦、華大半導體、精控、矽朋、瞻芯等。
4、ADC(模數轉換器):將模擬信號轉換為數字量
在汽車上,溫度傳感器和壓力傳感器通常都采用模擬信號形式,會使用ADC將傳感器信號轉換成ECU可識別的二進制格式的數字信號。即:首先,這些傳感器將溫度和壓力轉換為一定范圍內的電壓信號;然后通過線束和接插件將電壓信號傳給ECU,最后ECU的ADC模塊將電壓信號轉換為數字量。
5、CAN總線收發器:實現CAN總線網絡
CAN收發器是連接控制器局域網絡(Controller Area Network,CAN)控制系統與CAN總線網絡的橋梁,是CAN控制器進行總線數據訪問的物理接口,負責CAN控制器端數字信號和CAN總線上差分電平信號之間的轉換,一般CAN收發器中也集成了數字隔離芯片,來實現高低壓電氣隔離。
CAN收發器芯片原廠有恩智浦、德州儀器、英飛凌、瑞薩、意法半導體、安森美、君正、芯力特、納芯微、思瑞浦、川土微等。
6、電池均衡模塊:提升電池續航時間和循環壽命
電池不均衡會影響電池續航時間和電池循環壽命。電池不均衡表現為多節電池串聯時各節電池電壓不相等,尤其在充電末端和放電末端時表現明顯。當滿充容量不同的電池配組串聯在一起時,串聯充電電流相同,但滿充容量小的那個電池會先充到更高電壓,從而表現為各節電池電壓不相等。即使滿充容量相同,但SOC不同的電池配組串聯在一起時,SOC高的那節電池的電壓偏高,從而表現為各節電池電壓不相等。即使滿充容量相同、SOC相同,但各節電池的內阻R不同,則在充放電時IR壓差不同,也會導致電池端電壓不同。此外,一些外部因素(比如電池組局部受溫或個體電池之間熱不均衡)也會導致個體電池老化速率不同從而內阻不均衡。最終都可能表現為各節電池電壓不相等。
均衡電路主要包括主動均衡、被動均衡。主動均衡是把電量最多的那節電芯多出來的電量轉移給電量最少的那節電芯,或者轉移給整串電池,實現能量回收。被動均衡是把電量最多的那節電芯多出來的電量通過電阻發熱消耗掉。
亞德諾主動均衡電路框圖(圖源:ADI)
BMS核心芯片封裝清洗:
合明科技研發的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。
水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要,一旦選定,就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。
污染物有多種,可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣,通電后發生電化學遷移,形成樹枝狀結構體,造成低電阻通路,破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層,在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物,還有粒狀污染物,例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等,這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。
這么多污染物,到底哪些才是最備受關注的呢?助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中,它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分,焊后必然存在熱改性生成物,這些物質在所有污染物中的占據主導,從產品失效情況來而言,焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素,離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降,松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大,嚴重者導致開路失效,因此焊后必須進行嚴格的清洗,才能保障電路板的質量。
合明科技運用自身原創的產品技術,滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求,打破國外廠商在行業中的壟斷地位,為芯片封裝材料全面國產自主提供強有力的支持。
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