作者： Vishay公司非線(xiàn)性電阻器高級營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Bruno Van Beneden，Vishay公司非線(xiàn)性電阻器產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)工程師Alain Stas
除去許多其他功能之外，電池管理系統 (BMS) 還必須密切監視電池和電池組的電壓、電流和溫度。溫度測量對于保證電池和BMS正常工作，以及最佳健康狀態(tài) (SOH) ，防止性能下降非常重要， 尤其是快速充放電期間。
溫測一般讀取隨溫度變化器件的電壓–大多數情況下是電阻器件，如熱敏電阻或電阻溫度檢測器 (RTD)。熱電偶等其他技術(shù)需要冷結補償和適當屏蔽毫伏讀數，而基于二極管/ BJT的溫度傳感器則需要恒定電流激勵。使用NTC熱敏電阻的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，精度、性?xún)r(jià)比出色，通用性強。這類(lèi)器件具有便于接觸測量的特點(diǎn)，是監測每個(gè)點(diǎn)或面的最佳溫度傳感選擇。不同接觸溫測技術(shù)對比參見(jiàn)表1。熱電耦往往在設計階段使用。
表1
在高功率電池組中，由于電池組大小，以及電池組內部熱梯度由單個(gè)電池和/或充放電條件決定因此BMS需要多路溫度傳感器輸入，以保證整體最佳性能。
負溫度系數 (NTC熱敏電阻) 具有電阻/溫度非線(xiàn)性指數下降的特性，如圖1和公式1和2所示。
圖1
NTC熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是能夠以許多不同方式產(chǎn)生不同的阻值 (R25) 和坡度 (B 值)，從 (外置) PCB表面貼裝，螺釘固定高度絕緣的表面傳感器，甚至焊接到接線(xiàn)柱上。
如圖2a所示，用于電阻分壓網(wǎng)絡(luò )時(shí)，熱敏電阻電壓隨溫度的變化呈S形 (參見(jiàn)圖2b和公式 3)。
圖2b中，溫度與Vtherm之間的關(guān)系可以通過(guò)查找表 (LUT) 或采用算法 (2) + (3) 確立，這樣，ADC 和控制器 IC可應用預定義策略控制電池組不同的充電階段或健康狀態(tài)。
作為一個(gè)簡(jiǎn)單示例，我們可以使用Analog Devices公司的 LTC4071，這是一種鋰離子和鋰聚合物電池組充電器IC，用于能量收集和嵌入式汽車(chē)系統。
模擬如圖3所示。原理圖基本上復制Analog Devices公司LTC4071 的 SPICE 宏模型和鋰離子電池模型。
圖3
圖 4中的圖形表示模擬結果 (簡(jiǎn)化)。鋰離子電池在三種不同電壓條件下開(kāi)始充電 (通過(guò)IC控制)：4.2 V滿(mǎn)電；3.6 V 50 %電量；3.0 V 空)。開(kāi)始時(shí) (時(shí)間 0)，電池環(huán)境溫度為20 °C，逐漸提高到70 °C，然后恢復正常環(huán)境溫度。為保證長(cháng)期穩定性，電動(dòng)汽車(chē) (EV) 使用的電池組通常在20% 至85% 電量范圍內工作，因此很少在電池4.2 V滿(mǎn)電壓條件下充電，或在低于3.2 V 電池電壓條件下放電。
圖4顯示溫度達到不同臨界閾值時(shí)BMS的行為。
圖4
隨著(zhù)溫度 (以電壓源 V1 表示) 上升，熱敏電阻相應變化，延遲由系統響應時(shí)間決定。初始電壓為4.2 V (綠色曲線(xiàn))，當溫度達到不同連續上升閾值時(shí)，短時(shí)間放電，電池電壓自動(dòng)逐步下降。初始電壓為3.0 V (紅色曲線(xiàn))，當上升溫度達到第一個(gè)閾值時(shí)充電停止，當溫度低于一定水平時(shí)重新開(kāi)始充電。
表2
為實(shí)現電池溫度測量的最佳精度和可重復性，Vishay推出多種NTC熱敏電阻。NTCALUG01T在150 °C條件下使用壽命長(cháng)達 10, 000小時(shí)，高壓/電源連接端子和接線(xiàn)柱感應溫度耐壓達2.7 kV，不同于控制器電路的電壓等級。金屬表面溫度感應的另一個(gè)選擇是采用 NTCALUG02 熱敏電阻，其熱梯度小于 0.05 K/K。
電動(dòng)汽車(chē)/混合動(dòng)力汽車(chē)中，BMS可采用不同的溫度傳感策略，主要取決于電池特性、總成設計和控制IC算法。這本身是一種完整的混合學(xué)科并正在不斷進(jìn)化。在這一熱點(diǎn)領(lǐng)域，作為器件制造商，Vishay通過(guò)開(kāi)發(fā)多樣化機械執行機構和電氣仿真模型做出自己的貢獻，并將在未來(lái)繼續推動(dòng)這一領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。
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