電動汽車動力電池的熱力學研究一直是電池系統開發的關鍵部分。隨著動力電池設計需要滿足更高的功率和容量要求，對高壓電池內部熱傳導的測量變得尤為重要。新型HV DTemp數字溫度測量系統可利用數百個精確定位的數字傳感器來研究電池熱點結晶區域，這些區域代表著熱失控的潛在危險。

高壓溫度測量

01

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生不可控的過熱，熱量將會擴散到其他電池單元，導致熱失控。這個無法控制的過程可能會損壞整個車輛電池系統，并對乘客的安全構成威脅。因此，需要仔細分析可能導致熱失控的各種情況，特別關注溫度對相鄰電芯和模組的影響，以及電池內部的熱流和擁堵情況。此外，還需要進行可能引發熱失控的誤用測試。

例如，穿刺試驗可能引發熱失控（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，而功能強大的數字溫度測量系統CSM HV DTemp可以輕松集成到這些測試臺中。

02

挑戰

對電池的設計和布局進行精確的預先規劃，以進行系統地測量調查，是確保實際系統成功測量的重要環節。電池和溫度仿真模型展示了在設計和仿真階段檢測到的電池關鍵熱區。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構特性對熱失控影響的證明，也是產品批準發布的關鍵條件。電池內電芯和模組的封裝密度對傳感器的定位構成挑戰：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。在大多數情況下，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，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帶來的風險。

由于熱失控的標志是電池單體出現熱點，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測量系統是為高壓電池和高壓組件的熱調查而開發的，具有精確且易于使用的特點。該系統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化設計。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

圖 2：母線上的單傳感器

01

在高壓電池的不同應用中使用IC傳感器技術

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構。

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，以便確定熱點或結晶點的區域。它們還用于測試單個電池之間間隔物（絕緣材料）的效果。

IC傳感器技術也可用于測量熱效應，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據打包在一起，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

02

熱失控

如果要通過爆裂電池并釋放電解質氣體來引發熱失控，則必須在非常高的溫度下進行測量。為此，仿真預測區域必須配備適當的附加傳感器技術。HV TH8 evo測試臺的測量模塊就是為此而設計的，其熱點區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，并且根據測試需要用Kapton箔條進行定位。

圖 8：Vector/CSM電動汽車測量系統對車輛電池熱失控的研究

優勢

使用CSM的HV DTemp測量系統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先定位的測試點上。

數百個集成電路溫度傳感器可與測試電池中的特定應用組件配合使用，并可精確定位。

集成電路傳感器組件的設計可以完全根據待測電池及其組件量身定制。在電池生產過程中，可根據規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，以便進行簡單的數據管理。

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劃，避免了接線錯誤。在有數百個傳感器的測量設置中，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，由于電池外殼的結構影響較小，可以獲得更精確的測量結果。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。

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

測試電池經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，將電池轉換到另一輛測試車輛非常簡單和節省時間。