隨著新能源汽車的推廣，電池的應(yīng)用越來越廣泛，其中鋰離子電池具有能量密度高、輸出功率大、可快速充放電，對環(huán)境較為友好等優(yōu)點(diǎn)，被稱為綠色電池，逐漸成為各種應(yīng)用的首選。但在使用過程中，需要提防熱失控現(xiàn)象的出現(xiàn)。熱失控現(xiàn)象及其強(qiáng)度，與電池的大小、配置和電池單元的數(shù)量有關(guān)。導(dǎo)致的原因可能是過充電、過放電、短路、高溫、擠壓、碰撞等。

當(dāng)單節(jié)電池出現(xiàn)熱失控，其內(nèi)部會產(chǎn)生大量的熱量和氣體，在密閉的電池空間內(nèi)，隨著熱量和氣體的不斷累積，內(nèi)部壓力隨之不斷增加，最終導(dǎo)致電池外殼破裂，大量的熱量和氣體隨之迸發(fā)出來，相鄰的電池也會被迅速感染，相繼出現(xiàn)熱失控。這個傳播過程是非常迅速的，熱失控極易引發(fā)的電池包起火，甚至爆炸，直接威脅到了人員的生命安全。

檢測熱失控的方法

如何在早期監(jiān)測電池的熱失控，確保在危險發(fā)生之前提供可靠的報警信號，成為了一個熱門的研究課題?？尚械谋O(jiān)測器件有電壓傳感器、煙霧檢測器、溫度傳感器、壓力傳感器。其中，壓力傳感器是一個不錯的選擇。因?yàn)樵跓崾Э剡^程中，壓力信號特征非常明顯。當(dāng)有單節(jié)電池發(fā)生熱失控時，伴隨著溫度上升，氣體噴發(fā)，包內(nèi)壓力會急劇升高，當(dāng)包內(nèi)壓力大于外界壓力到一定值時，防爆閥會瞬間打開，釋放內(nèi)部壓力，防止嚴(yán)重的爆炸事故發(fā)生。

NBPx Family 簡介 --Battery Pressure Monitoring Sensors (BPMS)

NBPx系列壓力傳感器，全名是電池壓力監(jiān)測傳感器，簡稱BPMS。顧名思義，這就是專門為電池包壓力檢測設(shè)計(jì)的一款全新的產(chǎn)品。芯片采用QFN封裝，符合車規(guī)級，內(nèi)部集成了8位CPU，恩智浦提供了出廠固件，使之成為隨時可用的電池壓力檢測傳感器。其可以自己檢測包內(nèi)的壓力變化，通過內(nèi)置算法判斷壓力變化，一旦觸發(fā)預(yù)先設(shè)定的條件，就會通過中斷向外部MCU給出報警信號。在整個過程中，無需外部MCU的參與。也就意味著外部MCU可以進(jìn)入睡眠或關(guān)停狀態(tài)，只需要給BPMS供電，就能對包內(nèi)單節(jié)電池?zé)崾Э剡M(jìn)行及時有效的監(jiān)控。

NBPx的先進(jìn)性

1、NBPx系列壓力傳感器獨(dú)特的性能和配置決定了其在電池包壓力檢測應(yīng)用中的先進(jìn)性。

首先是用戶可選的采樣周期，NBP8從10ms到1000ms共有7種采樣周期可選。不同的采樣周期不僅決定了數(shù)據(jù)輸出速度，同時也提供了不同的功耗選項(xiàng)，用戶可以根據(jù)電池包的規(guī)格或者車輛運(yùn)行的不同狀態(tài)選擇不同的采樣周期，相應(yīng)的平均功耗從460 uA到5 uA可選。

2、NBPx支持10 bit的壓力測量、8 bit內(nèi)部溫度測量和8 bit內(nèi)部電壓測量。

壓力測量是BPMS的本職工作，內(nèi)部溫度測量主要是支持對壓力讀值進(jìn)行溫度補(bǔ)償，內(nèi)部電壓測量是支持自檢程序的運(yùn)行。

3、NBPx內(nèi)部的FIFO堆?？梢源鎯?2組最近的壓力讀值。

這一配置不僅可以滿足內(nèi)部算法的需求，同時，也可以支持外部MCU在收到中斷信號后對數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

4、NBPx提供了三種用戶可配置的閾值檢測。

一是固定壓力值檢測，也就是判斷當(dāng)前讀值是否超過了預(yù)設(shè)的壓力值。二是相對壓力值檢測，通過計(jì)算前后兩次壓力測得值之差來判斷上升壓力是否超過了預(yù)設(shè)的差值。三是壓力變化率檢測，這是電池包壓力檢測通用的算法，即以kpa/s為單位的壓力變化率數(shù)據(jù)。在傳感器運(yùn)行過程中，一旦檢測到劇烈的壓力變化就會觸發(fā)中斷信號。

5、NBP9額外增加了一路PWM輸出。

輸出頻率為100赫茲，以占空比的形式可實(shí)現(xiàn)壓力讀值的實(shí)時連續(xù)輸出，以及壓力上下溢出報警及自檢報警等。

在BPMS的運(yùn)行過程中，主要包括周期時間和觸發(fā)時間，周期時間是傳感器按照默認(rèn)設(shè)置或在初始化時由外部MCU設(shè)定來工作的。在運(yùn)行過程中，如果有報警或錯誤發(fā)生，傳感器會通過中斷引腳通知外部MCU，如果沒有報警或錯誤發(fā)生，則繼續(xù)按照設(shè)定的程序運(yùn)行。以此來檢測電池狀態(tài)，防止嚴(yán)重的熱失控情況發(fā)生。