監測鋰離子電池組以偵測電池熱失控事件

由多個鋰離子電池組成的電池組，會在電動車 (EV) 和儲電應用中構成安全威脅，有可能因為熱失控而造成嚴重後果。當然，使用者通常不會注意到這一點，但設計人員是充分瞭解的。在上百個單獨的鋰離子電芯串聯和並聯下，若單一電芯發生故障，就會引發溫度迅速上升，並開始排出氣體和固體顆粒。

這種故障現象可能會擴散到其他電芯。這些額外的反應會產生更多的熱量和氣體，直到整個電池系統受到影響並發生熱失控。

為了防止意外，都有採取相關措施，但若不幸發生，熱失控的偵測至關重要。為此，Honeywell Sensing and Productivity Solutions 開發了 BAS 系列汽車級電池氣溶膠感測器，採用光散射原理來偵測和回報鋰離子電池組的熱失控事件。會使用光學散射來偵測是否具有煙霧、液體和碎片等氣溶膠及其濃度，因為這是熱失控事件的早期指標。

光散射的過程包括照亮特定體積的空氣。照亮體積內的粒子會將光散射，接著就會由感測器測量散射光，以產生與粒子密度成比例的電氣訊號。

BAS 系列會測量和回報氣溶膠濃度，測量範圍介於 200 μg/m³ 至 10000μg/m³。原廠編程的熱失控警告臨界值為 5000 μg/m³，反應時間不到 1 秒。連續工作模式下的控制、數據傳輸和警報會透過控制器區域網路 (CAN) 通訊協定進行，此協定廣泛用於汽車和車輛環境。CAN 介面能以 500 kbps 的鮑率運作。

感測器範例

Honeywell Sensing and Productivity Solutions 在 BAS 系列中提供兩款感測器，包括 BAS6C-X00 和 BAS6C-H00 (圖 1)。這些裝置的外型相同，尺寸皆為長 2.6 in(66 mm)、深 1.42 in (36 mm)、高 1.46 in (37 mm)。

圖 1：Honeywell Sensing and Productivity Solutions 提供兩款外型相同的電池氣溶膠感測器：BASC6X-X00 和 BAS6C-H00。BAS6C-X00 採用媒介控制單元 1 (MCU1) 版本，BAS6C-H00 則採用最新的媒介控制單元 2 (MCU2) 版本。(圖片來源：Honeywell Sensing and Productivity)

BAS6C-X00 採用媒介控制單元 1 (MCU1) 版本，BAS6C-H00 則採用最新的媒介控制單元 2 (MCU2) 版本。

BAS 感測器會依據電池管理系統 (BMS) 設定的請求輸入列的狀態，以兩種工作模式其一運作。當請求列保持低位時 (小於 0.5 V)，會採用節能模式 (ECO)，可將耗電降至最低。感測器會喚醒並運作 200 ms，然後又進入休眠達 12,000 ms，以節省電力。若停用 CAN 匯流排則可進一步省電。若發生臨界事件，即顆粒物濃度超過 5,000 mg/m³，感測器會向 BMS 發送喚醒訊號，以啟動完整的電池系統檢查。

在連續模式下，當 BMS 將請求列設定為高位時 (8 至 16 V 之間)，感測器會持續監測氣溶膠濃度，並透過 CAN 匯流排，以 8 位元組訊息向 BMS 回報氣溶膠濃度。

兩種版本皆以 12 V 標稱電源電壓運作，工作電壓介於 8 至 16 V。電源電流取決於工作模式。在 ECO 模式下小於 0.5 mA，在連續模式下小於 30 mA。

此感測器能在密閉電池組中以任意方向安裝，但必須在空心的感測腔兩側提供 10 cm 的間隔距離 (圖 2)。

圖 2：BAS 感測器可安裝在電池組內的任意位置。在各種情況下，電池組的排氣閥都不得受到阻礙。(圖片來源：Honeywell Sensing and Productivity)

介面連接器採用六引腳矩形插槽，搭配指定的引腳排列，如圖 3 所示。

圖 3：BAS 系列感測器的引腳排列包括電源、接地、請求和喚醒訊號以及差動 CAN 匯流排訊號。(圖片來源：Honeywell Sensing and Productivity)

BAS 系列電池氣溶膠感測器搭配的插頭連接器是 TE Connectivity AMP Connectors 的 175507-2。

結論

使用 Honeywell Sensing and Productivity Solutions 的 BAS 電池氣溶膠感測器及早偵測鋰離子電池組的熱失控，就有機會避免受傷、喪生與財產損失。使用感測器還可符合國際建議和規範，因為在設計上就已符合最高的品質和可靠性標準。

其他資源

• BAS 系列電池安全感測器