传感器在汽车电池热失控中的作用

近年来，在消费者选购新能源汽车的过程中，安全考量已跃居首位，而频发的新能源汽车事故无一不触动着消费者的神经，让不少人陷入犹豫和观望。这些安全隐患也无疑加深了市场对于电动汽车安全性能的广泛关注与担忧。本期内容我们将视线转向至关重要的汽车安全议题——电池热失控现象。

电池包的失控过程

通常情况下，电池包起火源于其内部电芯的短路，比如一些制造过程中的缺陷就可能导致电池内部的正负极不慎接触短路。此时，电芯内部温度急剧上升，引起电芯内部的特性损坏，我们称之为“热事件”。

随着热事件的持续，当温度达到某一临界点时，电池部分会开始释放气体，并进入到“热失控”状态，这标志着一种严重的失效模式开始显现。

热失控通常起始于电池包里的单个电芯，并通过热传递迅速波及邻近电芯，这一过程被称为“热失控传递”。若不加以有效控制，这种连锁反应最终可能引发失火甚至爆炸，对乘客安全构成重大威胁。

我国《电动汽车用动力蓄电池安全要求》（GB 38031-2020）中明确指出：电池包或系统在由于单个电池热失控引起热扩散、进而导致乘员舱发生危险之前5min，应提供一个热事件报警信号。

电池包主流监控方式

温 度

由于电池热失控时温度会显著上升，所以在电池包模块的内部会布置相应的温度传感器来严密监控其温度状况。

温度传感器仅能反映安装位置实时的温度状况，同时会受到热扩散速度以及发生热失控的电芯与温度传感器之间距离的影响。

这种物理特性可能导致从热失控初始到温度传感器实际捕捉到异常温度之间存在几分钟的延迟。

电 压

在电池包面临热失控的紧急情况下，电芯电压会下降。这一通过监控电压的安全技术目前在国内众多电池包系统中已得到应用，成为侦测、保障电池安全的重要手段之一。

电压监控受限于电池包的排列方式、电池充电的状态以及控制算法和逻辑，从电压异常到系统响应，这一过程中可能存在一定的延迟，该延迟时长可短至几分钟，长则不超过十分钟。

气 压

电池包内部的气体会随着压力急剧上升而膨胀，这种气压的变化能够提供及时预警的窗口，迅速且精确地反映出电池包内部的状态变化。

气压监控的优势在于其响应速度快，通常延迟时间以秒计算，即在极短的时间内就能捕捉到压力变化，这一手段也受限于气体上升速度以及汽车电池当前的充/放电状态。

气 体

部分海内外厂商还会在电池包的整体设计中集成气体监测的方式。在电池包热失控的过程中，会不可避免地释放出一些气体。

通过监测这些气体的浓度变化，用户也可以及早捕捉到电池包的异常迹象，有效预防或减轻潜在的安全风险。气体监控的核心在于气体扩散速率，包括传感器在电池包内的布局位置以及监测气体种类的选择。

经过第三方机构在2022年的测试，气体监测方式的延迟时间通常都在10秒钟以内。

评估与选择

基于以上四种不同的监控方式，什么样的“决定逻辑”才是比较有效且可靠的呢？我们主要从下列三个指标来进行评估：

1时效性：传感器需要延迟多长时间才能给予反馈，进而引发系统报警？

2严密性：当车辆出现热失控时，是否是由于传感器失效或其他问题导致系统没有发现？

3准确性：可否避免车辆没有出现热失控，但基于传感器监控出现的事故误报？

在评估整体监控方案时，针对汽车热失控的监测，通过不同传感器组合的策略展现了不同的效果：

单一传感器方案虽然简单，但时效性受传感器类型影响大，且存在高误报与漏报风险。

双传感器方案中，任一传感器触发即报警，提高了检测灵敏度但增加了误报可能。

采用两种传感器同时触发报警的策略，降低了误报，但可能一定程度上存在漏报风险。

深入分析后，不难发现采用三至四种传感器，并要求其中两种同时触发报警的方式最为适宜。这种策略不仅有效降低了无法侦测到电池热失控的风险，还通过多重确认的流程减少了误报警的可能性。

其中，气体和气压的监控方式因响应迅速，成为提升时效性的关键。温度和电压监控方式的响应相对较慢，但仍是电池热失控监控体系中不可或缺的一环。

作为电动汽车中的核心部件，电池技术无疑是主机厂与电池供应商倾注无数研发心血与创新的结晶。

Sensirion凭借先进的传感技术，致力于开发高精度、高可靠性的电池热失控监测解决方案，实现对汽车电池状态的实时监控，旨在热失控的萌芽阶段即能及时发现并采取措施，防患于未然。

同时，Sensirion也正不断加强与汽车制造商之间的紧密合作，不止为促进技术创新与传感应用的深度融合，更为提升和保障电动汽车的整体安全性能与驾乘人员的生命财产安全。