利用 Honeywell 感測器實踐電動車和電池儲能的安全優先作法

開發電氣化應用需要嚴格遵守安全標準，以確保可靠且使用簡便的體驗。畢竟，沒有人想在駕駛電動車 (EV) 或在 30,000 英尺高空的飛機上操作行動裝置時遭遇熱失控事件，進而導致冒煙甚至起火。因此，電動車電池和儲能系統的產品設計人員需要極為準確和可靠的感測器，以確保在無損效能的情況下達到安全運作。

鋰離子電池以其高能量密度和效率而著稱，這些特性對電動車和其他眾多電子應用來說至關重要。但就像美國國家消防協會指出的那樣：「若受損或是使用、充電或貯藏不當時，過熱、著火甚至引發爆炸的可能性就會增加。」

考量到目前全球有數百萬輛電動車和數十億台鋰離子供電的行動裝置正在使用，熱失控事件相對較少，但並非微不足道；根據美國聯邦航空總署的資料，美國航班每周大約有兩起事件。在更多電氣化應用開發下，這類事件的粗估次數肯定會增加，但任一起事件都會對廠商的銷售帶來負面影響。

此外，根據國際能源總署 (IEA) 的資料，自 2010 年以來，有超過 90% 的鋰離子電池需求都來自於能源領域，主要是受到更高能量密度、更長續航力和成本大幅降低所推動，此需求遠遠超過儲能應用的替代方案。隨著各個國家和企業努力達成凈零排放的目標，公用事業規模的電池儲能系統 (BESS) 正加速獲得採用。

設計安全優先的電氣化應用

各行各業對鋰離子電池的需求不斷增加，因此產品設計人員必須在應用中採取安全優先的作法。

當電池溫度升高時會發熱，就會發生熱失控事件，有可能會引發火災甚至爆炸。這些事件可能是由過度充電、內部結構受到實體破壞，以及製造缺陷導致的短路所引起。

鋰離子電池可能會因為過度放電、外部短路、極端環境高溫和其他因素而退化。

Honeywell Sensing and Productivity Solutions 提供電流和電池安全感測器，應用設計人員可運用這些感測器來提高安全性、效率和效能。這些感測器會測和管理電流和電池健康情況。可用於 EV 和 BESS 的電池管理系統，達到早期問題偵測、準確測量和其他自訂功能，以便整合到其他各種應用。

該公司的 CSHV 系列開迴路電流感測器 (圖 1) 利用霍爾效應和 Honeywell 專有技術，在電流感測應用中達到效能和可靠性，可測量 ±100 ADC 至 ±1500 ADC 範圍內的直流電 (DC)。可提供與電流成正比的類比電壓輸出，有利於整合到多種電動車應用中，例如電池管理系統 (BMS)、電池斷開單元 (BDU)、配電單元 (PDU)、故障偵測與隔離中的電流感測。

圖 1：Honeywell 的 CSHC 系列感測器採用開迴路霍爾效應技術。(圖片來源：Honeywell)

Honeywell 的 CSNV 系列電流感測器採用閉迴路霍爾效應技術，可在寬廣溫度範圍內提供高準確度和穩定性。此設計可在電池管理系統、電動車、儲能系統和其他需要高準確度和可靠性的應用中測量電流。可用來偵測感測器和主機系統的故障，以及超出範圍和範圍內的電源電壓。提供三種型號：

• CSNV500 單元可測量高達 ±500 A，總準確度 <±0.5%
• CSNV700 裝置 (圖 2) 可以測量高達 ±700 A，總準確度 <±0.5%
• CSNV1500 可以測量高達 ±1500 A，總準確度 <±1%

圖 2：Honeywell 的 CSNV700 系列電流感測器。(圖片來源：Honeywell)

CSSV 系列進階通量閘電流感測器 (圖 3) 結合了通量閘和迴路霍爾效應技術。這些感測器專為安全關鍵型應用而設計，包含兩個獨立的感測和資料處理電路，可用於感測和診斷功能，以提供精確的電流測量。此工藝可用來偵測 EV 驅動控制系統中的漏電流、故障偵測與隔離。

圖 3：CSSV 系列進階通量閘電流感測器。(圖片來源：Honeywell)

BAS 系列電池安全感測器 (圖 4) 的設可測量是否有煙霧、液體和碎屑等氣溶膠的存在及其濃度，藉此在封閉式的鋰離子電池組中偵測並回報熱失控事件。可使用控制器區域網路 (CAN) 通訊協定來測量和回報介於 200 μg/m³ 至 10000 μg/m³ 的氣溶膠濃度。具有 5000 μg/m³ 的原廠編程熱失控警告臨界值，並可整合到電動車和儲能系統中。

圖 4：Honeywell 的 BAS 系列感測器可在鋰離子電池組中測量煙霧、液體和其他氣溶膠的濃度。(圖片來源：Honeywell)

BPS 系列電池安全壓力感測器 (圖 5) 的設計可在 EV 電池組和儲能系統中監測壓力變化，藉此偵測和回報鋰離子電池組中的熱失控事件初期跡象。可以偵測 50 kPa 至 300 kPa 絕對壓力的電池壓力變化，並具有針對絕對壓力和壓力變化率的可設定警告臨界值。

圖 5：Honeywell 的 BPS 系列電池安全感測器可及早偵測鋰離子熱失控事件。(圖片來源：Honeywell)

結論

電氣化應用的需求不斷增加，讓鋰離子電池的廣泛運用更進一步擴大。有鑑於此，產品設計人員必須整合可提升 EV 電池組和儲能系統安全性、可靠性和效率的感測器，以確保在指定參數範圍內運作並迅速因應任何異常情況。Honeywell 的感測器可協同運作，提供資訊來管理充電和放電流程、控制熱管理系統，並在必要時執行安全程序，藉此確保達到最佳效能和安全性。