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

高壓溫度測量

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背景

在對動力電池進行分析和測試時，需要特別注意熱失控可能帶來的潛在危險。如果動力電池中的一個電池單元發(fā)生不可控的過熱，熱量將會擴散到其他電池單元，導(dǎo)致熱失控。這個無法控制的過程可能會損壞整個車輛電池系統(tǒng)，并對乘客的安全構(gòu)成威脅。因此，需要仔細分析可能導(dǎo)致熱失控的各種情況，特別關(guān)注溫度對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，還需要進行可能引發(fā)熱失控的誤用測試。

例如，穿刺試驗可能引發(fā)熱失控（也稱為加強熱失控）。此類測試通常在特別安全的溫度測試臺中進行，而功能強大的數(shù)字溫度測量系統(tǒng)CSM HV DTemp可以輕松集成到這些測試臺中。

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挑戰(zhàn)

對電池的設(shè)計和布局進行精確的預(yù)先規(guī)劃，以進行系統(tǒng)地測量調(diào)查，是確保實際系統(tǒng)成功測量的重要環(huán)節(jié)。電池和溫度仿真模型展示了在設(shè)計和仿真階段檢測到的電池關(guān)鍵熱區(qū)。對電芯、模組和電池包進行精確的位置檢測是驗證運行安全性和電池結(jié)構(gòu)特性對熱失控影響的證明，也是產(chǎn)品批準發(fā)布的關(guān)鍵條件。電池內(nèi)電芯和模組的封裝密度對傳感器的定位構(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程中安裝，而無法在組裝后再添加傳感器。

此外，還必須對所有其他組件進行測量，如母線、高壓連接器、電子組件以及冷卻和加熱系統(tǒng)，因為這些組件的過熱可能帶來更多潛在危險。

需要對最壞工況、誤用或者缺陷場景引起的電池過熱或過充進行測試，同時還必須測試老化效應(yīng)帶來的風(fēng)險。

由于熱失控的標志是電池單體出現(xiàn)熱點，因此對電池單體的溫度測量尤為重要。必須驗證熱量傳導(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測量解決方案

HV DTemp測量系統(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。該系統(tǒng)可以通過與電池外部的HV DTemp-P中央單元的單根電纜連接，精確、數(shù)字化并且無干擾地采集多達512個溫度測量點。

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

圖 1：安裝在動力電池中的HV DTemp測量系統(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IC傳感器用于測量小型獨立組件的溫度，例如連接器、電子模塊、冷卻液進出口或特殊外殼點和碰撞結(jié)構(gòu)。

圖4 :模組外殼上的單傳感器，用于測量溫度曲線

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

菊花鏈式集成電路傳感器組件適用于測量母線、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。

圖5：高壓DTemp IC傳感器：通過配電板連接，通過連接電纜和單個IC傳感器進行菊花鏈式連接（從上到下）

超薄柔性的IC溫度傳感器用于測量電芯之間的溫度，以便確定熱點或結(jié)晶點的區(qū)域。它們還用于測試單個電池之間間隔物（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行精確的溫度測量

HV DTemp-Mx控制器將來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，最多可將八個控制器級聯(lián)起來，只需將一根連接電纜穿過外殼即可。

圖 7: HV DTemp-M64控制器，最多可連接64個集成電路傳感器

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熱失控

如果要通過爆裂電池并釋放電解質(zhì)氣體來引發(fā)熱失控，則必須在非常高的溫度下進行測量。為此，仿真預(yù)測區(qū)域必須配備適當(dāng)?shù)母郊觽鞲衅骷夹g(shù)。HV TH8 evo測試臺的測量模塊就是為此而設(shè)計的，其熱點區(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)測試需要用Kapton箔條進行定位。

圖 8：Vector/CSM電動汽車測量系統(tǒng)對車輛電池?zé)崾Э氐难芯?/strong>

優(yōu)勢

使用CSM的HV DTemp測量系統(tǒng)進行高壓電池的溫度測量可以大大縮短測試過程。傳感器可以在測試電池組裝過程中直接安裝在預(yù)先定位的測試點上。

數(shù)百個集成電路溫度傳感器可與測試電池中的特定應(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)計可以完全根據(jù)待測電池及其組件量身定制。在電池生產(chǎn)過程中，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。通過這種方式，可以精確測量溫度，并為各個傳感器精確分配各自的ID，以便進行簡單的數(shù)據(jù)管理。

每個測量點都有唯一的標識，并通過其各自的CAN-ID進行分配。這簡化了測量點的規(guī)劃，避免了接線錯誤。在有數(shù)百個傳感器的測量設(shè)置中，清晰的分配方式也有助于測試員快速甄別。

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量結(jié)果。此外，即使在測量過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量模塊上，則無法實現(xiàn)這一點。

通過將IC傳感器放置在各個電池單元之間的柔性電路上，可以確保測量和驗證過程的準確性。如果單獨的溫度傳感器被插入電池單元之間，安裝錯誤、不準確的定位或遺忘放置它們將成為可能的錯誤來源。

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

測試電池經(jīng)常在不同的車輛中對測試電池進行測試。通過集成的HV DTemp測量系統(tǒng)，將電池轉(zhuǎn)換到另一輛測試車輛非常簡單和節(jié)省時間。