電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的熱力學(xué)研究一直是電池系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵部分。隨著動(dòng)力電池設(shè)計(jì)需要滿足更高的功率和容量要求，對(duì)高壓電池內(nèi)部熱傳導(dǎo)的測(cè)量變得尤為重要。新型HV DTemp數(shù)字溫度測(cè)量系統(tǒng)可利用數(shù)百個(gè)精確定位的數(shù)字傳感器來(lái)研究電池?zé)狳c(diǎn)結(jié)晶區(qū)域，這些區(qū)域代表著熱失控的潛在危險(xiǎn)。

高壓溫度測(cè)量

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背景

在對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行分析和測(cè)試時(shí)，需要特別注意熱失控可能帶來(lái)的潛在危險(xiǎn)。如果動(dòng)力電池中的一個(gè)電池單元發(fā)生不可控的過(guò)熱，熱量將會(huì)擴(kuò)散到其他電池單元，導(dǎo)致熱失控。這個(gè)無(wú)法控制的過(guò)程可能會(huì)損壞整個(gè)車輛電池系統(tǒng)，并對(duì)乘客的安全構(gòu)成威脅。因此，需要仔細(xì)分析可能導(dǎo)致熱失控的各種情況，特別關(guān)注溫度對(duì)相鄰電芯和模組的影響，以及電池內(nèi)部的熱流和擁堵情況。此外，還需要進(jìn)行可能引發(fā)熱失控的誤用測(cè)試。

例如，穿刺試驗(yàn)可能引發(fā)熱失控（也稱為加強(qiáng)熱失控）。此類測(cè)試通常在特別安全的溫度測(cè)試臺(tái)中進(jìn)行，而功能強(qiáng)大的數(shù)字溫度測(cè)量系統(tǒng)CSM HV DTemp可以輕松集成到這些測(cè)試臺(tái)中。

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挑戰(zhàn)

對(duì)電池的設(shè)計(jì)和布局進(jìn)行精確的預(yù)先規(guī)劃，以進(jìn)行系統(tǒng)地測(cè)量調(diào)查，是確保實(shí)際系統(tǒng)成功測(cè)量的重要環(huán)節(jié)。電池和溫度仿真模型展示了在設(shè)計(jì)和仿真階段檢測(cè)到的電池關(guān)鍵熱區(qū)。對(duì)電芯、模組和電池包進(jìn)行精確的位置檢測(cè)是驗(yàn)證運(yùn)行安全性和電池結(jié)構(gòu)特性對(duì)熱失控影響的證明，也是產(chǎn)品批準(zhǔn)發(fā)布的關(guān)鍵條件。電池內(nèi)電芯和模組的封裝密度對(duì)傳感器的定位構(gòu)成挑戰(zhàn)：由于封裝密度高，只有極小的空間可供傳感器使用，通常僅在毫米范圍內(nèi)。在大多數(shù)情況下，傳感器只能在電池組裝過(guò)程中安裝，而無(wú)法在組裝后再添加傳感器。

此外，還必須對(duì)所有其他組件進(jìn)行測(cè)量，如母線、高壓連接器、電子組件以及冷卻和加熱系統(tǒng)，因?yàn)檫@些組件的過(guò)熱可能帶來(lái)更多潛在危險(xiǎn)。

需要對(duì)最壞工況、誤用或者缺陷場(chǎng)景引起的電池過(guò)熱或過(guò)充進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)還必須測(cè)試?yán)匣?yīng)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

由于熱失控的標(biāo)志是電池單體出現(xiàn)熱點(diǎn)，因此對(duì)電池單體的溫度測(cè)量尤為重要。必須驗(yàn)證熱量傳導(dǎo)到相鄰電池模組的速度，并檢查冷卻和隔熱裝置的有效性。

CSM測(cè)量解決方案

HV DTemp測(cè)量系統(tǒng)是為高壓電池和高壓組件的熱調(diào)查而開發(fā)的，具有精確且易于使用的特點(diǎn)。該系統(tǒng)可以通過(guò)與電池外部的HV DTemp-P中央單元的單根電纜連接，精確、數(shù)字化并且無(wú)干擾地采集多達(dá)512個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)。

HV DTemp集成電路傳感器具備不同型號(hào)，針對(duì)高壓電池的不同位置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。傳感器組件的尺寸、形狀以及傳感器電纜的長(zhǎng)度取決于被測(cè)點(diǎn)。

圖 1：安裝在動(dòng)力電池中的HV DTemp測(cè)量系統(tǒng)

圖 2：母線上的單傳感器

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在高壓電池的不同應(yīng)用中使用IC傳感器技術(shù)

單個(gè)IC傳感器用于測(cè)量小型獨(dú)立組件的溫度，例如連接器、電子模塊、冷卻液進(jìn)出口或特殊外殼點(diǎn)和碰撞結(jié)構(gòu)。

圖4 :模組外殼上的單傳感器，用于測(cè)量溫度曲線

圖3: 該傳感器技術(shù)還可以方便地安裝在其他類型的電池單元之間

菊花鏈?zhǔn)郊呻娐穫鞲衅鹘M件適用于測(cè)量母線、高壓連接線或冷卻液通道的溫度。

集成電路傳感器組件通過(guò)小型配電板連接，用于研究模組、封裝表面以及空氣間隙的溫度流動(dòng)。

圖5：高壓DTemp IC傳感器：通過(guò)配電板連接，通過(guò)連接電纜和單個(gè)IC傳感器進(jìn)行菊花鏈?zhǔn)竭B接（從上到下）

超薄柔性的IC溫度傳感器用于測(cè)量電芯之間的溫度，以便確定熱點(diǎn)或結(jié)晶點(diǎn)的區(qū)域。它們還用于測(cè)試單個(gè)電池之間間隔物（絕緣材料）的效果。

IC傳感器技術(shù)也可用于測(cè)量熱效應(yīng)，例如冷卻板和模組底部的熱傳遞效果。此外，穿孔載體箔也可用于這一領(lǐng)域。

圖6: 超薄柔性電路上的IC傳感器適用于在電池單元之間進(jìn)行精確的溫度測(cè)量

HV DTemp-Mx控制器將來(lái)自集成電路傳感器的數(shù)據(jù)打包在一起，并將其傳送至HV DTemp-P中央處理單元。為此，最多可將八個(gè)控制器級(jí)聯(lián)起來(lái)，只需將一根連接電纜穿過(guò)外殼即可。

圖 7: HV DTemp-M64控制器，最多可連接64個(gè)集成電路傳感器

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熱失控

如果要通過(guò)爆裂電池并釋放電解質(zhì)氣體來(lái)引發(fā)熱失控，則必須在非常高的溫度下進(jìn)行測(cè)量。為此，仿真預(yù)測(cè)區(qū)域必須配備適當(dāng)?shù)母郊觽鞲衅骷夹g(shù)。HV TH8 evo測(cè)試臺(tái)的測(cè)量模塊就是為此而設(shè)計(jì)的，其熱點(diǎn)區(qū)域配備了額外的溫度傳感器。這些溫度傳感器的頂端也非常薄，并且根據(jù)測(cè)試需要用Kapton箔條進(jìn)行定位。

圖 8：Vector/CSM電動(dòng)汽車測(cè)量系統(tǒng)對(duì)車輛電池?zé)崾Э氐难芯?/strong>

優(yōu)勢(shì)

使用CSM的HV DTemp測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行高壓電池的溫度測(cè)量可以大大縮短測(cè)試過(guò)程。傳感器可以在測(cè)試電池組裝過(guò)程中直接安裝在預(yù)先定位的測(cè)試點(diǎn)上。

數(shù)百個(gè)集成電路溫度傳感器可與測(cè)試電池中的特定應(yīng)用組件配合使用，并可精確定位。

集成電路傳感器組件的設(shè)計(jì)可以完全根據(jù)待測(cè)電池及其組件量身定制。在電池生產(chǎn)過(guò)程中，可根據(jù)規(guī)格要求精確安裝組件。

圖9: 在電池組裝過(guò)程中，采用柔性電路的集成電路傳感器技術(shù)可以輕松地安裝在電池單元之間。通過(guò)這種方式，可以精確測(cè)量溫度，并為各個(gè)傳感器精確分配各自的ID，以便進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)管理。

每個(gè)測(cè)量點(diǎn)都有唯一的標(biāo)識(shí)，并通過(guò)其各自的CAN-ID進(jìn)行分配。這簡(jiǎn)化了測(cè)量點(diǎn)的規(guī)劃，避免了接線錯(cuò)誤。在有數(shù)百個(gè)傳感器的測(cè)量設(shè)置中，清晰的分配方式也有助于測(cè)試員快速甄別。

只需一根高壓安全電纜即可連接到高壓電池外的HV DTemp-P測(cè)量模塊。因此，由于電池外殼的結(jié)構(gòu)影響較小，可以獲得更精確的測(cè)量結(jié)果。此外，即使在測(cè)量過(guò)程中也能保證電池的氣密性。如果將許多傳感器電纜連接到電池外殼外的測(cè)量模塊上，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

通過(guò)將IC傳感器放置在各個(gè)電池單元之間的柔性電路上，可以確保測(cè)量和驗(yàn)證過(guò)程的準(zhǔn)確性。如果單獨(dú)的溫度傳感器被插入電池單元之間，安裝錯(cuò)誤、不準(zhǔn)確的定位或遺忘放置它們將成為可能的錯(cuò)誤來(lái)源。

該測(cè)量系統(tǒng)可輕松擴(kuò)展到其他測(cè)量參數(shù)，如濕度、振動(dòng)或扭轉(zhuǎn)。為此，HV DTemp測(cè)量系統(tǒng)可通過(guò)CAN總線與Vector/CSM E-Mobility測(cè)量系統(tǒng)的其他測(cè)量模塊輕松連接。

測(cè)試電池經(jīng)常在不同的車輛中對(duì)測(cè)試電池進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)集成的HV DTemp測(cè)量系統(tǒng)，將電池轉(zhuǎn)換到另一輛測(cè)試車輛非常簡(jiǎn)單和節(jié)省時(shí)間。