【導(dǎo)讀】在電動汽車 (EV) 和蓄電池應(yīng)用中，由多個(gè)鋰離子 (li-ion) 電池構(gòu)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(yán)重后果。當(dāng)然，用戶通常會對無視這個(gè)問題，但設(shè)計(jì)者完全知道，在串聯(lián)和并聯(lián)了數(shù)百個(gè)鋰離子電池單元的情況下，其中一個(gè)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(yīng)用中，由多個(gè)鋰離子 (li-ion) 電池構(gòu)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(yán)重后果。當(dāng)然，用戶通常會對無視這個(gè)問題，但設(shè)計(jì)者完全知道，在串聯(lián)和并聯(lián)了數(shù)百個(gè)鋰離子電池單元的情況下，其中一個(gè)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(yīng)，就會產(chǎn)生更多的熱量和氣體，最終影響到整個(gè)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(diǎn)至關(guān)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(bào)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(biāo)。
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(gè)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(bào)告。這種傳感器具有工廠設(shè)定的熱擊穿報(bào)警閾值，具體為 5000μg/m3 且響應(yīng)時(shí)間小于 1 秒。連續(xù)工作模式下的控制、數(shù)據(jù)傳輸和報(bào)警是通過控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (CAN) 通信協(xié)議進(jìn)行的，該協(xié)議已廣泛用于車輛環(huán)境。CAN 接口的運(yùn)行波特率為 500 kbps。
傳感器實(shí)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(shè)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(dāng)“請求”線路保持低電平（低于 0.5 V）時(shí)，ECO 模式是經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(gè)喚醒信號，啟動全電池系統(tǒng)檢查。
在連續(xù)工作模式下，當(dāng) BMS 將“請求”線路設(shè)置為高電平（8 V 至 16 V 之間）時(shí)，傳感器不斷監(jiān)測并使用 CAN 總線的 8 字節(jié)信息向 BMS 報(bào)告氣溶膠濃度。
這兩款傳感器的標(biāo)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(cè)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(gè)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(jié)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(jìn)行早期熱擊穿檢測，就有可能防止人身傷亡和財(cái)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(shè)計(jì)符合最高的質(zhì)量和可靠性標(biāo)準(zhǔn)。
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