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通过监控锂离子电池组来检测电池热击穿事件

关键词:锂离子电池 热击穿

时间:2023-04-27 09:45:08      来源:Digi-Key

在电动汽车 (EV) 和蓄电池应用中,由多个锂离子 (li-ion) 电池构成的电池组会发生热击穿,从而带来安全威胁,甚至可能造成严重后果。当然,用户通常会对无视这个问题,但设计者完全知道,在串联和并联了数百个锂离子电池单元的情况下,其中一个电池单元发生故障就能造成快速温升,并排放气体和固体微粒。

作者:Art Pini

在电动汽车 (EV) 和蓄电池应用中,由多个锂离子 (li-ion) 电池构成的电池组会发生热击穿,从而带来安全威胁,甚至可能造成严重后果。当然,用户通常会对无视这个问题,但设计者完全知道,在串联和并联了数百个锂离子电池单元的情况下,其中一个电池单元发生故障就能造成快速温升,并排放气体和固体微粒。

这种形式的故障可能会蔓延到其他电池单元。出现更多这样的反应,就会产生更多的热量和气体,最终影响到整个电池系统并发生热击穿。

虽然我们有防止热击穿发生的措施,但是一旦发生热击穿,我们还是要检测热击穿情况,这点至关重要。为此,Honeywell Sensing and Productivity Solutions 开发出 BAS 系列汽车级电池气溶胶传感器。这种传感器利用光散射原理来检测并报告锂离子电池组的热击穿事件。该系列传感器利用光散射来检测是否存在诸如烟雾、液体和碎屑等气溶胶及其浓度,这些是热击穿事件发生的早期指标。

光散射的过程包括照亮一股空气。被照射气体内部的颗粒会散射光线,然后由光传感器测量,产生一个与颗粒密度成比例的电信号。

BAS 系列传感器测量浓度在 200 μg/m³ 到 10000 μg/m³ 范围内的气溶胶,并发出报告。这种传感器具有工厂设定的热击穿报警阈值,具体为 5000μg/m³ 且响应时间小于 1 秒。连续工作模式下的控制、数据传输和报警是通过控制器区域网络 (CAN) 通信协议进行的,该协议已广泛用于车辆环境。CAN 接口的运行波特率为 500 kbps。

传感器实例

Honeywell Sensing and Productivity Solutions 在其 BAS 系列中提供了两款传感器,即 BAS6C-X00 和 BAS6C-H00 传感器(图 1)。这两款器件的外形相同,具体尺寸为长 2.6 in. (66 mm)、深 1.42 in. (36 mm) 和高 1.46 in. (37 mm)。


图 1:Honeywell Sensing and Productivity Solutions 提供的两款外形相同的电池气溶胶传感器:BASC6X-X00 和 BAS6C-H00。BAS6C-X00 是媒介控制单元 1 (MCU1) 版本,而 BAS6C-H00 是较新的媒体控制单元 2 (MCU2) 版本。(图片来源:Honeywell Sensing and Productivity)

BAS6C-X00 是媒介控制单元 1 (MCU1) 版本,而 BAS6C-H00 是较新的媒体控制单元 2 (MCU2) 版本。

根据电池管理系统 (BMS) 设置的“请求”输入线路的状态,BAS 传感器在两种工作模式中的任一种模式下发挥作用。当“请求”线路保持低电平(低于 0.5 V)时,ECO 模式是经济模式,可最大限度地减少功耗。传感器被唤醒并工作 200 ms,然后在接下来的 12,000 ms 内进入休眠状态以节省电力。通过禁用 CAN 总线可以更多地节省电力。如果发生阈值事件,即颗粒物浓度超过 5,000 mg/m3,传感器会向 BMS 发送一个唤醒信号,启动全电池系统检查。

在连续工作模式下,当 BMS 将“请求”线路设置为高电平(8 V 至 16 V 之间)时,传感器不断监测并使用 CAN 总线的 8 字节信息向 BMS 报告气溶胶浓度。

这两款传感器的标称工作电压为 12 V,范围在 8 V 到 16 V 之间。电源电流取决于工作模式。在 ECO 模式下小于 0.5 mA,在连续模式下小于 30 mA。

只要在中空的检测腔两侧有 10 cm 的间隙,就能以任何方向将传感器安装在封闭的电池组内(图 2)。


图 2:可以将 BAS 传感器安装在电池组内的任何位置。在任何情况下,都不能阻塞电池组的排气阀。(图片来源:Honeywell Sensing and Productivity)

接口连接器是一个六针的长方形插口,其具体引脚分布见图 3。


图 3:BAS 系列传感器的引脚布局包括电源、接地、请求和唤醒信号,以及差分 CAN 总线信号。(图片来源:Honeywell Sensing and Productivity)

BAS 系列电池气溶胶传感器的配套插头连接器采用 TE Connectivity AMP Connectors 的 175507-2 连接器。

结束语

使用 Honeywell Sensing and Productivity Solutions 的 BAS 电池气溶胶传感器对锂离子电池组进行早期热击穿检测,就有可能防止人身伤亡和财产损坏。使用这类传感器还有助于符合国际建议和法规,因其设计符合最高的质量和可靠性标准。

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