电气化时代，车用MEMS压力传感器路在何方？

　　俄乌冲突持续，使国际原油的价格不断冲高，国内油价也一路飙升逼近10元大关。高油价促使用户需求转向新能源汽车。2月我国新能源市场保持高速发展，渗透率再破20%。尽管新能源汽车市场火热，但这对于MEMS压力传感器来说就不那么美好了。

　　MEMS压力传感器用单晶硅作材料，以MEMS技术在材料中间制作成力敏膜片，然后在膜片上扩散杂质形成四个应变电阻，再以惠斯顿电桥方式将应变电阻连接成电路，来获得高灵敏度。MEMS压力传感器是汽车中应用最多的传感器之一，应用于包括轮胎压力、电子稳定控制系统中的刹车传感器、侧面气囊与日益严格的排放标准相关的引擎控制、大气压力与废气再循环压力等。

　　车用MEMS压力传感器有电容式、压阻式、差动变压器式、声表面波式等几种常见的形式，但MEMS压力传感器大多应用于汽车动力和排放系统，全电动汽车没有这类需求，这无疑抑制了许多MEMS压力传感器的需求。

　　2020年，ICE（内燃机）汽车行业占据市场的92％，有2．5亿颗MEMS压力传感器单元，预计2025年市场份额将下降到70％。但随着汽车产量从2020年的7700万辆增加到2025年的1．05亿辆，ICE将应用2．8亿颗MEMS压力传感器。也就是说，至少在未来5-10年内，ICE汽车行业中的MEMS压力传感器将保持适度增长。

　　但随着传统ICE动力总成的减少，10年后会发生什么？从目前的市场来看，MEMS压力传感器在新能源汽车领域的新应用正在出现，但尚不成规模。在已经出现的新应用中，热失控监测有望实现显著增长。

　　目前新能源汽车以锂电池为主流，过度充电、过度放电、短路、高温、挤压、碰撞等原因都有可能引发“热失控现象”。从数据测试来看，将单个电芯加热至失控，在此过程中，温度、电压的模式相对较慢，能够拿来作为指标的主要是气体、烟尘、压力和电芯膨胀程度。因此，为了监控和防止热失控发生危险，新能源电池中分别使用电压传感器、烟雾检测器、温度传感器、压力传感器等不同方案来监测热失控现象的发生。

　　由于在热失控发生时，压力变化强烈，信号明显，因此压力传感器成为了监测热失控的首选。当有单节电池发生热失控现象时，电池包内压力急剧上升。压力传感器检测到压力急剧变化时，触发防爆阀打开，释放内部压力，以防止爆炸事故发生。

　　以NBPx系列压力传感器为例，这是一款专门为电池包压力检测设计的传感器。采用QFN封装，符合车规级，内部集成了8位CPU。自动检测电池包内压力变化，通过内置算法判断压力变化，一旦触发预先设定的条件，就会通过中断向外部MCU给出报警信号。在整个过程中，无需外部MCU的参与。也就意味着外部MCU可以进入睡眠或关停状态，只需要给BPMS供电，就能对包内单节电池热失控进行及时有效的监控。

　　除了新能源汽车，与新能源电池相关的使用领域中，从生产、存储、使用、更换等，安全预警是MEMS压力传感器的强需求。随着新能源电池生产技术的不断提高，锂电池的安全性越来越高，更多新型安全电池问世不同种类电源发生热失控现象时特征又各有差别。

　　例如，用加热法将电池包内某颗电芯引爆后，压力传感器在电芯爆喷后立即有压力变化响应，35s后达到最大值，但最大变化幅值仅为2.5kPa，压力变化率较小；CO传感器在电芯爆喷后23s后达到最大量程1000ppm；烟雾传感器在电芯爆喷后30s后达到最大量程2000μg/m3。

　　因此为了更可靠的监测热失控现象，现在的电池生产企业大多采用复合传感器方案，也就是所谓的电池包热失控传感器。以TRDU5为例，这是一款电池热失控探测传感器，由多个传感器（H2、CO、CH4、绝压传感器、温湿度传感器)集成，采用LIN2.1通讯输出。通过检测在电池排气过程中气体浓度、压力和温度的变化，对电池包热失控进行预警。该传感器可安装在具有可渗透开口的外壳中，以便在失效模式下感知电池产生的排气气体混合物。

　　结语

　　其实从整个工业环境来看，MEMS压力传感器的发展空间巨大，2020年中国MEMS传感器市场规模为708.2亿元，同比上涨14.78%，年均复合增速为18.16%，增速快于全球。因此，即便MEMS压力传感器在新能源汽车上的应用受限，但随着新技术、新应用场景的开发，未来市场依然可观。MEMS压力传感器的路还在那里，相信未来还会开辟出新的路。