安费诺公司开发气体传感器 有效预防EV电池起火

盖世汽车讯锂离子电池出现故障时，可能引发热失控。虽然这种情况很少见，但这是一种剧烈的、自我传播的事件链。人们为此展开广泛的研究，探讨如何在5分钟预警时间内检测到故障（联合国电动汽车安全技术条例第20条规定），以使车内人员能够安全逃生。

（图片来源：Amphenol）

在一辆电动汽车中，数百个单独的电池电芯串联或并联在一起。当其中一个电芯发生故障时，其会膨胀并引发温度迅速升高。在这个自热过程中，开始释放气体。随着故障问题蔓延到其他电芯，这些反应产生更多的热量和气体，直到整个电池系统受到影响，发生热失控。

传统的故障检测方法依靠测量电压、电流或表面温度，具有很大的局限性。因此，需要采取新的方法，最有效的方法以二氧化碳和氢气传感为基础。这些气体传感器非常敏感，响应迅速，易于实施，而且成本相对较低。

据外媒报道，美国安费诺公司（Amphenol）开发的气体传感器，利用这些气体的可预见性，快速检测进入热失控排气阶段的故障电池。

当红外辐射与气体分子相互作用时，会在特定波长处被气体分子吸收，比如二氧化碳为4.25µm。安费诺的方法使用非色散红外(NDIR)光谱进行检测，其中检测室（detection chamber）包含NDIR光源和检测器，二者之间是光学带通滤波器，可以显著抑制4.25um以上和4.25um以下的光频。

当检测室中没有CO2时，所有的光都在光源和检测器之间通过。然而，随着CO2浓度增加，检测到的光越来越少。当达到特定阈值时，模块会向电池管理系统发送信号，之后向乘客舱发送音频或视频警报（或两者兼有）。

同样的基本方法也适用于氢。但是，此类系统以热导率为测量参数，而不是光学检测，即输出移位与氢浓度成正比。该设备由两块微型热板组成，其中一块热板被放在密封室内作为参考电芯，另一块则暴露于环境中，它们被配置在惠斯通电桥中。惠斯通电桥是由四个电阻（称为桥臂）组成的电桥电路，其中四个“臂”保持均等平衡，是一种精度很高的测量方式。

为了保持电桥处于平衡状态，必须向两个微型热板发送等量的能量。一旦传感元件暴露在氢气中，就会从一个热板上剥离热量，需要更多的能量来保持电桥平衡。当氢气水平达到足以使电桥不平衡的阈值时，则执行与CO2检测相同的警报过程。

这两种检测器都非常精确，其零件间的重复性非常高，因为技术本身是线性的，而且响应速度非常快。此外，随着时间的推移，这些设备的性能不会显著下降。这类性能下降过程被称为传感器漂移，由于车辆要在路上行驶很多年，这是一个主要考虑因素。为了节省电力，传感器开启约35毫秒，然后关闭45 毫秒，每秒有效收集两次数据，仅需少量样本就可能发生气体存在的任何变化。总的来说，这使探测这两种气体的速度比其他方法快得多。

多项研究得出结论，在提高锂离子电池安全性方面，与其他方法相比，气体检测拥有巨大潜力。这种方法不仅高度精确，而且灵敏度很高，可以将单个传感器放在电池组内的任何位置，从而降低了成本。这种传感器的使用寿命约为15年。随着电动汽车市场不断扩大，安费诺开发的方法或将得到广泛应用。