【技术】电动汽车电池组和电池连接系统所需的传感器介绍

电动汽车 (EV) 的心脏是其电池组，而模块电池连接系统是将单个电池与电池组的高压输出连接起来的基础设施。如果这两种功能都不能正常运行，电动汽车可能会遇到从性能差到彻底故障等一系列问题。在电池组内部，电池连接系统将单个电池并联和串联配置，为电池组提供能量和电力，并向电池管理系统 (BMS) 提供关键传感器数据以控制电池组功能。 

包含在EV电池组电池连接设计中的传感器

除了提供连接电池并允许电流流出和流入单个电池的母线之外，电池连接系统还包含用于测量电池和母线温度的温度传感器，这对于将电池温度控制在其最佳性能范围内至关重要以获得最佳性能和寿命。锂离子电池在10摄氏度到45摄氏度的温度范围内性能最佳，电池热管理系统可以为电池提供加热和冷却，但必须具有高度准确的温度测量，实现在驾驶和充电期间动态管理以确保电池处于适当温度。与传统的内燃机电池系统相比，电动汽车电池承受的压力要大得多。在典型的电动汽车中，电池组在其整个生命周期中可能会经历数千次充电和放电循环。电池组电池管理系统为了监控电池的电压、电流和温度。

应在电池组和模块组装系统中考虑如下传感器：

• 温度 

• 电压和电流

• 气体检测

• 水侵入/冷却液破裂

1、温度

温度传感器对于电动汽车电池和电池连接系统应用至关重要。简而言之，电动汽车的这两个部分都需要持续的热管理，以实现最佳性能和车辆乘员安全。 

电动汽车电池的温度监测需要有两个方面：

1. 使用时电池会发热——无论是为车辆供电还是作为电源 。如果不加以控制，高温会损坏电池，导致电池退化并失去充电能力或容量（SOH 和 SOC）。在极端情况下，电芯会分解，引发热失控的连锁反应。此外，在极端寒冷的条件下，充电电池会导致锂枝晶生长，从而导致电池内部短路，进而导致热失控。

2. 如果没有被驱动（可以看做：充电），温度传感器允许 BMS 控制热管理系统，以将电池保持在最佳温度范围内，以保持较长的使用寿命。此外，如果电池单元有任何问题，温度传感器可以向 BMS 提供关键的安全数据，如果电池组处于不安全状态，BMS可以立即通知车主。

与电池本身一样，电动汽车的电池连接系统也不能免受过热的影响。电动汽车电池组件（例如母线）在使用时会变热。电力流经并连接到每个电池单元的电池部分，来自电池连接系统的热量可以传递到每个单独的电池单元。适当热管理的母线设计是工程稳健电池系统的基本要素。 

2、电压和电流 

维持电动汽车的动力是一种平衡策略。 

电池的充电状态是一个计算指标，描述了它可以容纳的电荷量。100% SOC 是充满电的电池，而 20% SOC 电池剩余的能量非常少。如果锂离子电池的充电状态降至 20% 以下，则集流器中的铜会进入电解液中的溶液，从而导致短路和起火。如果电池过度充电超过 100% SOC，它也可能发生热失控。要计算 SOC，需要高精度的电压、电流和温度测量。 

在设计向安装在 BMS上的电压传感器和电流传感器提供信号的电路时，重要的是要确保检测电路中的电阻最小，无论电池在哪里以及检测引线长度如何。在总线位置和 BMS 之间的数百个传感器连接中，每一个都必须经过适当的设计和制造，以适应电池因充电和放电而膨胀和收缩时的热应力、嵌入应力和电池组应力。为适应这一点，检测电路必须灵活且不会失去功能，并且必须牢固地焊接到汇流条上的接触点。

由于有成百上千个单独的电池为车辆供电，每个电池在长时间使用后都可能具有不同的健康状态 (SOH)。SOH 是另一个计算的指标，它近似于电池中的剩余使用寿命。与 SOC 一样，计算非常依赖于可靠的电压、电流和电压测量值。  

对于EV电池，当SOH值远低于80%时，通常认为它们不再能使用。模块内的电池作为一个整体，其中模块性能由电池串中最弱的电池决定。为了管理这一点，BMS必须执行电池平衡，以确保单个电池既不会过度充电，也不会低于某些SOC值，以使所有电池的SOH保持尽可能高。由于即使单个电池性能不佳也会降低模块和电池组的性能，因此从嵌入式传感器获取最佳可用信息至关重要。

新技术，如阻抗谱，也正在成为获得有关锂离子电池健康的最佳信息的技术。随着新的控制电子技术的发展，电芯连接系统将迎来发展新机，包括更多的这种传感器智能接近电芯。

保持电动汽车电池和电池之间的电池平衡涉及：

• 充电容量和充电率

• 汽车可行驶里程

• 电池健康与寿命

3、气体 

电池驱动车辆中最具破坏性和危险性的事件之一是热失控。这是一个由过热开始的过程，随着电池单元的老化，热失控会迅速扩展到整个电池组。 

除了异常高的电池组温度之外，热失控已经开始的一个明确迹象是存在易燃气体的排放，包括：

• 氢

• 挥发性碳氢化合物

• 一氧化碳和二氧化碳

• 碳酸二甲酯

• 氟化氢

• 乙腈

  
  

阻止热失控超越电动汽车电池的最佳时间是单个电池开始排放可燃气体的第二秒。您越早停止该过程，它造成的损害和造成的危险就越小。新的电池连接系统设计可以将这些气体传感器技术直接设置到其表面，从而对故障电池提供最快的响应。

通过在电池周围嵌入气体传感器，热通道的早期检测内置于电动汽车最接近潜在故障点的部分。 

4、水侵入和冷却液泄漏检测

像任何其他车辆一样，即使是很小的泄漏也可能成为电动汽车的大问题。 在电动汽车中，基于冷却剂和湿气的冷凝以及电池组外壳内的水侵入尤其成问题，主要原因有两个：

1. 水分的存在或湿气凝结会导致短路。对于电动汽车来说，短路的影响很小，例如保险丝熔断或车辆进入安全模式，也可能会导致更大的问题，例如系统故障或热失控。即使少量，水也会导致关键电子设备出现腐蚀问题，从而导致故障。

   
   

2. 基于水/乙二醇的冷却剂通常用于 EV 电池组内的散热片或冷却通道，以从电池中提取热量。如果电池组内部的连接或冷却线路出现故障，冷却液会进入电池室内，导致导电液体进入可能造成短路的区域。除了造成控制或高压电子设备短路外，冷凝水或冷却剂中的水在暴露于电池组中当前的导体中时，可能会水解，产生氢气和氧气，这也会产生问题，因此，保护电池连接系统中的电路走线免受湿气和腐蚀也是至关重要的。

无论何种来源，电动汽车电池组内的液体都需要立即予以注意，以保持动力单元的功能。

使用传感器技术升级EV电池组和电池连接系统案例 

电动汽车的决定性组件——电池组——及其电池连接系统——需要对许多关键参数进行持续感应，以实现稳定的使用寿命。 

通过战略性地在整个电池连接系统中放置传感器技术，保持电池 EV 的健康和性能可靠且具有实时性。

如果您正在设计电池传感器和电池连接系统，推荐可用于您的整个电动汽车设计的AMPHENOL SENSORS传感器。