通過監(jiān)控鋰離子電池組來檢測電池熱擊穿事件

在電動汽車 (EV) 和蓄電池應用中，由多個鋰離子 (li-ion) 電池構成的電池組會發(fā)生熱擊穿，從而帶來安全威脅，甚至可能造成嚴重后果。當然，用戶通常會對無視這個問題，但設計者完全知道，在串聯(lián)和并聯(lián)了數(shù)百個鋰離子電池單元的情況下，其中一個電池單元發(fā)生故障就能造成快速溫升，并排放氣體和固體微粒。

在電動汽車 (EV) 和蓄電池應用中，由多個鋰離子 (li-ion) 電池構成的電池組會發(fā)生熱擊穿，從而帶來安全威脅，甚至可能造成嚴重后果。當然，用戶通常會對無視這個問題，但設計者完全知道，在串聯(lián)和并聯(lián)了數(shù)百個鋰離子電池單元的情況下，其中一個電池單元發(fā)生故障就能造成快速溫升，并排放氣體和固體微粒。
這種形式的故障可能會蔓延到其他電池單元。出現(xiàn)更多這樣的反應，就會產(chǎn)生更多的熱量和氣體，最終影響到整個電池系統(tǒng)并發(fā)生熱擊穿。

雖然我們有防止熱擊穿發(fā)生的措施，但是一旦發(fā)生熱擊穿，我們還是要檢測熱擊穿情況，這點至關重要。為此，Honeywell Sensing and Productivity Solutions 開發(fā)出 BAS 系列汽車級電池氣溶膠傳感器。這種傳感器利用光散射原理來檢測并報告鋰離子電池組的熱擊穿事件。該系列傳感器利用光散射來檢測是否存在諸如煙霧、液體和碎屑等氣溶膠及其濃度，這些是熱擊穿事件發(fā)生的早期指標。
光散射的過程包括照亮一股空氣。被照射氣體內(nèi)部的顆粒會散射光線，然后由光傳感器測量，產(chǎn)生一個與顆粒密度成比例的電信號。

BAS 系列傳感器測量濃度在 200 μg/m3 到 10000 μg/m3 范圍內(nèi)的氣溶膠，并發(fā)出報告。這種傳感器具有工廠設定的熱擊穿報警閾值，具體為 5000μg/m3 且響應時間小于 1 秒。連續(xù)工作模式下的控制、數(shù)據(jù)傳輸和報警是通過控制器區(qū)域網(wǎng)絡 (CAN) 通信協(xié)議進行的，該協(xié)議已廣泛用于車輛環(huán)境。CAN 接口的運行波特率為 500 kbps。
傳感器實例
Honeywell Sensing and Productivity Solutions 在其 BAS 系列中提供了兩款傳感器，即 BAS6C-X00 和 BAS6C-H00 傳感器（圖 1）。這兩款器件的外形相同，具體尺寸為長 2.6 in. (66 mm)、深 1.42 in. (36 mm) 和高 1.46 in. (37 mm)。

圖 1：Honeywell Sensing and Productivity Solutions 提供的兩款外形相同的電池氣溶膠傳感器：BASC6X-X00 和 BAS6C-H00。BAS6C-X00 是媒介控制單元 1 (MCU1) 版本，而 BAS6C-H00 是較新的媒體控制單元 2 (MCU2) 版本。（圖片來源：Honeywell Sensing and Productivity）

BAS6C-X00 是媒介控制單元 1 (MCU1) 版本，而 BAS6C-H00 是較新的媒體控制單元 2 (MCU2) 版本。
根據(jù)電池管理系統(tǒng) (BMS) 設置的“請求”輸入線路的狀態(tài)，BAS 傳感器在兩種工作模式中的任一種模式下發(fā)揮作用。當“請求”線路保持低電平（低于 0.5 V）時，ECO 模式是經(jīng)濟模式，可最大限度地減少功耗。傳感器被喚醒并工作 200 ms，然后在接下來的 12,000 ms 內(nèi)進入休眠狀態(tài)以節(jié)省電力。通過禁用 CAN 總線可以更多地節(jié)省電力。如果發(fā)生閾值事件，即顆粒物濃度超過 5,000 mg/m3，傳感器會向 BMS 發(fā)送一個喚醒信號，啟動全電池系統(tǒng)檢查。
在連續(xù)工作模式下，當 BMS 將“請求”線路設置為高電平（8 V 至 16 V 之間）時，傳感器不斷監(jiān)測并使用 CAN 總線的 8 字節(jié)信息向 BMS 報告氣溶膠濃度。
這兩款傳感器的標稱工作電壓為 12 V，范圍在 8 V 到 16 V 之間。電源電流取決于工作模式。在 ECO 模式下小于 0.5 mA，在連續(xù)模式下小于 30 mA。
只要在中空的檢測腔兩側有 10 cm 的間隙，就能以任何方向?qū)鞲衅靼惭b在封閉的電池組內(nèi)（圖 2）。

圖 2：可以將 BAS 傳感器安裝在電池組內(nèi)的任何位置。在任何情況下，都不能阻塞電池組的排氣閥。（圖片來源：Honeywell Sensing and Productivity）

接口連接器是一個六針的長方形插口，其具體引腳分布見圖 3。

圖 3：BAS 系列傳感器的引腳布局包括電源、接地、請求和喚醒信號，以及差分 CAN 總線信號。（圖片來源：Honeywell Sensing and Productivity）

BAS 系列電池氣溶膠傳感器的配套插頭連接器采用 TE Connectivity AMP Connectors 的 175507-2 連接器。

結束語

使用 Honeywell Sensing and Productivity Solutions 的 BAS 電池氣溶膠傳感器對鋰離子電池組進行早期熱擊穿檢測，就有可能防止人身傷亡和財產(chǎn)損壞。使用這類傳感器還有助于符合國際建議和法規(guī)，因其設計符合最高的質(zhì)量和可靠性標準。

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