熱敏電阻助力新能源汽車
與儲能應用發展
熱敏電阻作為一種重要的溫度傳感器件，在新能源汽車和儲能系統中發揮著至關重要的作用。隨著新能源技術的迅速發展，對于電池系統的安全性、穩定性以及有效運行的需求日益增長。熱敏電阻以其高精度和迅速響應特性，有效地監測和控制系統中的溫度變化，確保電池組在理想工作范圍內運行，從而延長電池壽命，并提高整體系統的可靠性。本文將探討熱敏電阻在新能源汽車與儲能應用中的重要性，以及Murata（村田制作所）所推出的熱敏電阻的產品特性。
新能源汽車成長帶動鋰離子
電池產量迅速增長
新能源汽車已經成為當前汽車產業的發展主力，在全球各地都在引領著汽車的生產與銷售動能。以中國為例，中國綠色低碳轉型持續深入，能源生產消費結構持續優化。中國新能源產業依靠持續的技術革新、完善的產業鏈體系實現較快增長。其中的新能源汽車產量同比增長迅速，配套產品如充電樁、汽車用鋰離子動力電池產量也在迅速增長。此外，光伏產業鏈也有良好的增勢，主要原材料多晶硅、單晶硅、太陽能工業用超白玻璃產量也增長速度驚人。
依據統計，電動汽車鋰離子電池組的年總需求將從2023年的約600 GWh增加到2025年的約1000 GWh，到2029年則約有1600 GWh，引領市場的中國正在迅速提高電池制造能力，在2023年中國電池產能1200 GWh左右，根據公告，2025年中國電池產能將超過3000 GWh，2030年將超過4500 GWh。
這種情況有幾個重大影響，其中包括電池容量的增加可能會為制造商帶來更低的價格，到2023年，電池組的平均價格已經下降了10-15%，而寧德時代計劃今年以每千瓦時60美元以下的價格銷售電池，預期電池的價格將會持續下降。此外，中國的比亞迪和寧德時代正在大力投資研發并推出新的和改進的產品，這使得新參與者進入電池行業更具挑戰性。
新能源汽車和儲能應用
推動熱敏電阻的需求
熱敏電阻在光伏與儲能系統的需求相當高，像是電池組的電池管理系統、電源轉換系統、光伏優化器、光伏逆變器等處都需要熱敏電阻來進行傳感與溫度控制，在整個儲能系統中熱敏電阻需求量由設備規模決定，5MWh機艙最高約需要每組5000個的用量。另一方面，新能源汽車對熱敏電阻的需求也相當高，一臺新能源電車大約需要150個熱敏電阻，其中的電池組正是熱敏電阻的主要應用點，在AFE端通常會預留NTC熱敏電阻接口，作為電池芯端測溫使用。
以汽車電池管理系統（BMS）板端IC保護的測溫需求點為例，熱敏電阻可用在檢測分流電阻溫度，電池模組中電流檢測采用分流電阻方案時，需要熱敏電阻對分流電阻進行溫度檢測，用于修正環境溫度對電流檢測影響，以及用于檢測均衡電阻溫度，采用被動均衡方式時，均衡電阻發熱消耗電池中多余能量，來平衡各電池模組或電池芯的電量電壓。另外，熱敏電阻在檢測汽車電池電芯溫度起到非常關鍵的作用，其目的在于通過監控電芯的溫度變化來檢測熱暴走發生，同時還可以用于計算電池的壽命SOH和電池電量SOC。
以儲能系統（ESS）端主要應用場景的ESS電池組為例，市場主流將會以柔性電路板（FPC）或柔性模切線路板（FDC）結合SMD NTC熱敏電阻使用測溫，NTC熱敏電阻的功能在于進行溫度監測與補償，在BMS板可檢測ECU、MOSFET、電氣連接、周圍環境等的溫度，在電池芯處可用于檢測電池芯溫度以預防過熱，或進行溫度補償以調整效率。在BMS板通常會采用幾個NTC熱敏電阻，在電池芯中，NTC熱敏電阻與電池芯的比例為1:1至1:4，其中以1:2尤為普遍，ESS BMS電池組通常集成有大約100個電池芯，因此ESS BMS電池組中大約有50個NTC熱敏電阻。
NTC熱敏電阻在ESS BMS電池組的應用中，采用引線型可擁有額外的框架結構（電纜式），具有高防水性和抗振性，不過，在長年累月應用中，電纜的塑料件在劣化后，反而成為侵蝕點，且其單價及組裝人工成本較高。若采用FPC結合SMD型的熱敏電阻，其設計集成度高、成本更低（組裝人工、NTC單位價值），且比引線型更易于維護，但需要額外的FPC貼合工序與質量管理問題。
在光伏與ESS產品的應用場景中，設備多放置在惡劣的室外環境，會經受晝夜冷熱沖擊，會遭遇硫化氫（H2S）濃度高、海邊鹽侵等問題，當進行設備維護或點檢時需要開關艙門，容易引入外部環境氣體進入艙內，侵蝕電子器件，或因開關門而引起結露，由于產品質保期多為5~10年，設計壽命15~25年，需要長期可靠性，NTC熱敏電阻作為擔重責的溫度采集器件，相應需要高可靠性！其中Murata的NTC熱敏電阻是合適、且被市場普遍肯定的解決方案。
NTC熱敏電阻是理想的溫度傳感器
Murata的NCU系列NTC熱敏電阻采用SMD型，可用于溫度檢測，具有高可靠性，NCU系列是Murata熱敏電阻的主推系列，可用于對信賴性要求很高的汽車市場，實現寬溫度范圍的溫度檢測和溫度補償功能。
NCG系列NTC熱敏電阻SMD型則用于溫度檢測（導電膠兼容產品），NCG系列是SMD型溫度傳感器，可用于多種溫度檢測和溫度補償。它還可用于有高可靠性需求的汽車應用。NCG系列是導電粘合劑安裝限制產品，它與焊接安裝不兼容。
PTC熱敏電阻可實現溫度檢測
與電路限流應用
Murata的PTC熱敏電阻（POSISTOR）是一種阻值會隨溫度的升高而變大的器件，可實現如溫度檢測，電路限流等應用。Murata的POSISTOR PTC熱敏電阻采用具有出眾可靠性及性能的陶瓷材料制成，覆蓋了用于不同應用的產品如過電流保護用、過熱保護用。
PRF系列的PTC熱敏電阻SMD型可用于過熱檢測，溫度檢測用片狀PTC熱敏電阻，利用其高于一定溫度時，電阻值急劇增加的特性，可用于FET、功率IC及其他發熱處的過熱檢測。PRF系列利用電氣阻抗急速變化的特性，由于阻值變化迅速，即使是具有多個發熱點的PTC串聯的簡單電路中，也可以正確的進行過熱檢測。因此，PRF系列可以減少IC端口數，為設備小型化做出貢獻。
PRG系列PTC熱敏電阻SMD型可用于過載電流保護，過載電流保護用片狀PTC熱敏電阻，在發生短路等過載電流狀態下，可以快速運作，消除過在電流狀態，使設備自動回復到初始狀態，反復進行。使用陶瓷材料，因此具有高可靠性，從發生短路異常到進行保護，所用時間很短，實現了機械免維護、提高了安全性。另外，與具有相同特性的有機PTC、片狀阻抗器相比，其耐高壓、大電源容量實現了產品小型化，為機械的小型化做出了貢獻。
PRG系列可在異常情況得到解決后，可用作自恢復保險絲之用，其緊湊的設計可節省PCB上的安裝空間，安裝在PCB上并通電后具有特性穩定，由于高功率容量，可用作小型限流電阻，其并符合UL：E137188 VDE、TUV等安全標準。
結語
熱敏電阻在新能源汽車與儲能應用中扮演著不可或缺的角色，它們不僅為電池管理系統提供了關鍵的溫度監測和保護功能，還推動了整體系統的安全性與效率的提升。隨著技術的不斷進步，熱敏電阻的精度和可靠性將進一步提高，為新能源技術的持續發展提供強有力的支持。Murata推出一系列完整的熱敏電阻產品線，將可滿足新能源汽車與儲能應用多方面的安全需求。
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