【技术】电动汽车传感器技术可延长、优化电池寿命，使电动汽车的日益普及成为可能

每辆电动汽车的核心都是锂离子电池组。

如果没有电池的存储和放电的电力，车辆中的其他任何东西都将毫无作为。电池作为车辆中最昂贵的部分，监控电动汽车的电池健康状况对于电动汽车的效率和性能至关重要。

传感器技术可帮助用户监控车辆的电池，不仅可以测量车辆将带他们走多远，还可以测量电池的剩余寿命。智能电池管理系统可以确保信心，尽管交通繁忙、暴风雪或其他障碍物，他们的车辆将舒适地将他们带到目的地。

电动汽车电池热管理系统有助于管理温度和能量流，而传感器有助于调节系统本身并提供潜在问题的警报。

电池热管理系统和传感器智能
 

电动汽车电池最大的敌人是什么？极端温度。

锂离子电池在15-45°C的温度范围内表现最佳。较冷的温度会降低电池的输出，从而减小范围和可用功率。

即使电动汽车未使用（充电），热管理系统始终致力于监测或维持内部温度以保持在该范围内。虽然超出最佳舒适区的任何温度都会影响电动汽车的效率，但车辆具有智能系统，可将系统保持在自己的舒适区。通常，放电时，电池更喜欢保持在 45 摄氏度以下，而在快速充电时，它们喜欢略高于该温度的温度，大约55摄氏度，以降低电池的内部阻抗并允许电子快速充满电池。高于该温度会对电池造成损害，因此温度管理是一种平衡行为。

1）温度高于 45°C
 

过热会损坏锂离子电池，极端温度（例如 60°C 以上的温度）会增加驾驶员和乘客安全的风险。

超过45°C，电动汽车的电池会迅速降解，这需要系统由热交换器控制，热交换器既可以从电池中提取热量，也可以在系统太冷时增加热量。

什么原因导致电动汽车电池过热？

当电池主动充电或放电时，它们会产生内部热量。大部分热量通过金属集流体移动，并通过对流在母线中或通过电池下方的冷板经过电池传导到冷板再到冷却剂，然后离开电池组通过外部热交换器排出热量。在以下情况下必须小心快速充电，因为电池在充电时会产生热量，并且必须非常小心地吸收热量并从电池中吸取热量，因为电池不得超过其最高温度。

为了准备快速充电，电池管理系统（BMS）可以选择通过减慢冷却液流出电池组或接合内部加热器使其接近最佳快速充电温度来提高电池组中的温度。BMS中的复杂模型确定了控制加热器和冷却液流量的最佳策略，并且需要电池和整个冷却系统的温度传感器来提供实时数据，以使模型正常运行。

如果电池充电过快并且其内部温度超过约70°C，系统必须采取快速行动立即降低电池的温度，否则热诱导电池单元退化可能会开始热失控过程。

虽然很少见，热失控在锂离子电池中是危险的。当电池过热时，热量会在电池中引发放热链式反应，产生气体，如果排出的气体点燃，可能会导致电池组内部着火。尽管热失控很少见，但如果电动汽车的电池组热管理系统没有缓解，失控可能会传播到电池组的其余部分。一旦热失控开始，就很难停止，因此通过仔细的热管理来避免该事件至关重要。

无论加热源如何，电动汽车电池热管理系统中的温度传感器在检测过热和采取缓解措施方面都发挥着至关重要的作用。

2）温度低于15°C
 

热管理系统不仅仅是让电动汽车电池保持凉爽。

在较凉爽的气候中，电动汽车电池系统的热管理会产生热量，以保持温度高于最低温度。它们在使用前加热电池——无论是为车辆供电、接受充电供电还是充当电源。

在较冷的温度下，电池的内部动力学会导致较低的充电和放电速率，从而减少可用的电池电量。低温减缓了使电动汽车电池高效工作的化学和物理反应。如果不进行干预，这将增加阻抗（导致更长的充电时间）和更低的容量（导致续航里程减少）。当电池极冷时，将过多的电荷强行带入电池会导致锂形成树突，树突会刺穿阳极和阴极之间的隔板，导致电池内部短路。因此，在极冷的气候下控制充电速率以小心加热电池，仅在电池高于最低工作温度时才增加充电速率。

使用内燃机（ICE）车辆在寒冷天气下似乎具有优势，产生大量废热，使车辆在寒冷的温度下保持温暖。如果没有这种废热，电动汽车必须从电池中转移电力以支持加热和冷却。然而，由于电动汽车应用中热泵系统的高效设计，以及加热/冷却座椅和其他仅在需要的时间和地点进行加热和冷却的技术，它们已经证明自己在暴风雪或夏季交通拥堵中，是比他们的内燃机祖先更好的车辆。

电动汽车传感器技术，可延长、优化电池寿命

短期和长期维护电池的关键是放置在整个电池组中的传感器技术。传感器技术使电动汽车中的热管理系统在温度超出舒适区范围后立即开始工作。

过热或过冷的温度对电动汽车电池及其健康有类似的影响。过高的温度以多种方式影响电动汽车，包括：

• 降低充电容量：极端温度会增加电流所需的力，电流将锂离子从电池内的一个节点驱动到另一个节点，并可能对节点造成损坏。能量可能会泄漏并无法储存。电流越高，电池就越有可能遭受应力断裂，耗尽锂并阻碍能量流动。

• 降低充电容量：极端温度会增加电流所需的力，电流将锂离子从电池内的一个节点驱动到另一个节点，并可能对节点造成损坏。能量可能会泄漏并无法储存。电流越高，电池就越有可能遭受应力断裂，耗尽锂并阻碍能量流动。

• 保持电量的能力降低：电池可以保持充电的时间长度也会随着极端温度的增加而减少。充满电的电动汽车如果在冰冻温度下过夜，可能会损失 20% 的功率。

  
  

续航里程减少：当充电容量降低且电池难以维持充电时，电动汽车一次充电将无法走得那么远，需要更频繁的充电。选择快速充电周期会给电池带来额外的压力。

• 缩短整体使用寿命：因温度而负担过重的电池根本无法持续很长时间。由于更换电动汽车中的电池是消费者和制造商最昂贵的维修之一，因此保护电池寿命至关重要。

为了管理这些系统，BMS使用进出电池组冷板的冷却液温度传感器以及电池组内的电池和母线温度。这还延伸到监测外部热交换器的冷却剂温度，以及膨胀阀和制冷剂回路中关键点的压力和温度。传感器的这种高水平监控提供了关键数据，以控制这些系统的精确加热和冷却量，以优化机组性能，同时最大限度地减少运行这些泵压缩机以及辅助加热和冷却组件的寄生能量损失。

传感器技术使电动汽车的日益普及成为可能
 

2010 年，全球道路上行驶的电动汽车超过 2020 万辆——增幅超过比上一年增长40%。2021年，全球电动汽车销量正以创纪录的水平增长。

到2022年底，我国新能源汽车保有量达1310万辆，同比增长67.13%，呈高速增长态势。【新华社 2023.01.11】

温度的检测成为一种手段。通过电动汽车的电池组和车辆的热管理系统放置的传感器来监测温度，不仅有助于保护电池，还可以继续采用由替代能源供电的车辆。