芯片电阻器的采用事例（2）
～高耐热的芯片电阻器使得逆变器和BMS的小型化、长寿命化成为可能～
2022-04-18
为了实现低碳社会，世界各国开始在向EV（电动车）转变的前提下加强管制。欧洲的一些国家、美国加州和加拿大魁北克省等已经宣布了一项政策，2035年后禁止销售新的汽油和柴油汽车。已成为汽车大国的中国也确定了在2035年将所有汽车替换为电动车的目标，日本也计划到2035年将所有新车替换为EV（包括混合动力车）。
随着EV在未来的爆炸性增加，令人担忧的一个问题是电池问题。反复充放电循环而劣化的电池将被废弃或更换，但从几百万辆～几千万辆EV排出的废弃电池数量巨大，而且这些电池处理起来难度大，需要大量的能源和成本。要解决这个问题并不容易，但有效利用EV电池的功率，最大限度地延长续航里程，尽可能延缓电池劣化则是可以做到的。对续航里程和电池寿命做出很大贡献的，则是将来自电池的直流电转换成驱动马达所需的交流电的逆变器，以及尽量抑制电池的劣化并保持长期性能的BMS（电池管理系统）。
在逆变器和BMS的电路中大量使用的电阻器，要求具备的特性根据用途会有所差异，而松下电器生产的电阻器具有小型、高电压、耐高温性、耐候性、长寿命等优点，它受到客户的好评且已被众多的客户采用。本次我们将从这些采用事例中介绍两个事例。
通过高耐热产品实现BMS不可或缺的放电电阻器和分压电路的小型化
为了防止故障等发生时的二次损坏，具有一个令逆变器上使用的整流电路和BMS上使用的平滑电容器中蓄积的功率放电的标准，而电阻器则起着放电的作用。电阻值精度要求并不高，但由于会发出非常高的热量，因而要求具备高耐热性。
这里介绍面向放电电阻器的分压电路提出方案的一个事例。其条件是，在施加500V的分压电阻器上，电阻值约为80kΩ，功耗约为3W，环境温度为105℃。松下电器生产的厚膜电阻器的高耐热产品“ERJH”系列是2012（2×1.2mm）尺寸，由于将电阻值56kΩ、额定功率0.50W（环境温度105℃）的3个电阻器串联，2个并联（≒84.0kΩ）起来即可覆盖，采用该产品的原因是以往的元件数约可减少33％。
一般的芯片电阻器上，上限类别温度为155℃。此外，电阻器因使用中的负荷引起的自发热（焦耳热）而升温，因而当环境温度在70℃以上时，需要降低功率。但是，松下电器生产的ERJH系列则是上限温度为175℃的耐热性优异的电阻器。因此，功率开始降低的温度是105℃的更高温度，即使在高温氛围中也可在更高的功率下使用。
| 以往的设计 (ERJP06J823V) |
ERJH系列 (ERJHP6J563V) |
|
|---|---|---|
| 尺寸 | 2012（2.0×1.2mm） | 2012（2.0×1.2mm） |
| 电阻值、数量 | 82kΩ×3个串联÷3个并联 =82.0kΩ |
56kΩ×3个串联÷2个并联 =84.0kΩ |
| 容差 | ±5% | ±5% |
| TCR | ±100ppm | ±100ppm |
| 额定功率 (环境温度105℃) |
0.35W | 0.50W |
电池系统稳定运行所需的放电电阻器和BMS电池平衡电路
电池单元是电池组的最小单元，由1至4个可充电电池、放电电阻器和电池平衡电路（BMS的一部分）构成。电池单元内的一个个充电电池并非都以同样的方式劣化。如果劣化不一样，可使用的容量将出现差异，譬如，当充电电池的容量分别劣化至100％、80％、80％、60％时，几种方法中有一种方法是用放电电阻器令状态良好的充电电池的功率放电(耗散)，并使其配合劣化状态最差的电池。
该电池单元内放电电阻器的要求事项是，10欧姆左右的电阻值，精度要求并不高，一般在5%左右，功耗在1~2瓦左右，并具有某种程度的高温。虽然先前的事例中介绍的几个厚膜电阻器也可应对，但我们提出了通过1个电阻器即可做到的高功率型长边电极电阻器“ERJB”系列方案。到目前为止所介绍的薄膜电阻器和厚膜电阻器，其长方形的芯片短边侧分别是电极，而长边电极电阻器正如其名称所示，长边侧是电极。其特点是，电极间的长度越短，贴装后的焊锡开裂越不易发生；电极增大，因而易于应对大功率。
长边电极电阻器的产品阵容包括：额定功率0.5W，最高使用电压150V的ERJB3系列（2012尺寸）；额定功率0.75W，最高使用电压200V的ERJB2系列（3216尺寸）；额定功率1.0W，最高使用电压200V的ERJB1系列（5025尺寸）。所有系列的使用温度范围均为－55℃～155℃。由于是在电池单元有限的空间中使用，因而只要1个电阻器即可做到可以说是一个很大的优点。
| 产品编号 | ERJB1 系列 | ERJB2 系列 | ERJB3 系列 | |
|---|---|---|---|---|
| 尺寸 | 5025 | 3216 | 2012 | |
| 额定功率 | 1.0W 2.0W (≤10Ω) |
0.75W 1.0W (≤10Ω) |
0.5W | |
| 电阻值范围 | 10mΩ ~ 10kΩ | 5mΩ ~ 1MΩ | 20mΩ ~ 10Ω | |
| 电阻值容差 | ± 1%, ± 2%, ± 5% | |||
| TCR (x10-6/°C) |
R<22mΩ | ± 350 | 0~+300 | 0~+300 |
| 22mΩ≦R<47mΩ | ± 200 | ± 200 | 0~+300 | |
| 47mΩ≦R<100mΩ | ± 200, ± 150 (±1%) | 0~+150 | 0~+200 | |
| 100mΩ≦R<1Ω | ±100(±1%) ±200 (±2,±5%) |
0~100(±1%) 0~200 (±2,±5%) |
||
| 1Ω≦R | ±100(±1%) ±200 (±2,±5%) |
±100(±1%) ±200 (±2,±5%) |
||
| 元件最大电压（最高使用电压） | 200V | 150V | ||
| 最大过载电压 | 400V | 200V | ||
| 类别温度范围（使用温度范围） | -55°C to +155°C | |||
作为应对全球变暖的对策之一，在全球范围内以突飞猛进的速度向EV转变的过程中，BMS将发挥愈来愈大的作用。在该BMS中，松下电器通过独特的技术实现的小型芯片电阻器同时具备高可靠性和高耐候性，这将为市场上所要求的减少贴装面积，降低成本，提高可靠性做出贡献。
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本资料介绍的是在电池管理系统中，用于保持电动汽车电池的长效性能的电阻器的应用事例。
