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新能源汽車電池管理系統(BMS)中感測器技術應用

2022.2.23 最新消息

Part 2

二、電池管理系統中感測器應用

BMS中主要應用的感測器有電流感測器、溫濕度感測器、電壓感測器、位置感測器和氣體感測器。


2.1 電流感測器

2.1.1 霍爾電流感測器

霍爾效應(HallEffect)感測器變化的磁場轉為變化的電壓,其屬於間接測量。可分為開環式、閉環式兩類,後者精度較高。霍爾電流感測器簡化了電路,僅要連通直流電源正負極,將被測電流母線穿過感測器便完成主電路和控制電路的隔離檢測。感測器輸出信號為副邊電流,和原邊電流(輸入信號)成正比,數值較小,需進行A/D轉換。霍爾電流感測器集互感器、分流器優點於一身且結構更為簡單,但易受干擾,已不適用於越來越精密複雜的新能源電動車電源環境。

 

2.1.2 磁通門電流感測器

磁通門原理(FluxGate)即為易飽和磁芯在激勵電流影響下,激勵電流大小改變電感強度,進而改變磁通量大小,磁通量則如同門那樣打開或者閉合。

 

普通霍爾電流感測器精度在0.5%~2%之間,而磁通門電流感測器利用磁通門原理製作而成,精度能夠達到0.1%甚至更高,因此也稱之為高精度電流感測器。結構上有也有開口型和不開口型兩類,即有開環和閉環兩類。此處著重介紹閉環磁通門電流感測器,即放大磁通門激勵電流二次諧波信號,驅動補償線圈,使聚磁磁芯的磁通和原邊電流的磁通相抵消,保持“零磁通”狀態;對於HPIT系列磁通並不為零,是一種無二次諧波的對稱形狀。

 

磁通門電流感測器從結構上分為4類,分別是單磁環、雙磁環、雙磁環(遮罩)、多磁環(嵌套)。

 

由於集具磁通門原理高靈敏性、閉環磁平衡與匝比輸出嚴格對應性、整體磁芯封閉性、探頭補償消除振盪諧波影響輸出乾淨性等優點,因此閉環磁通門電流感測器被廣泛應用於各型新能源電動車產品當中,如特斯拉Model3、比亞迪漢、理想ONE、小鵬P7等暢銷車型。

 

2.1.3 穿隧磁阻效應電流感測器

穿隧磁阻效應(TMR)電流感測器是全新一代磁敏元件,較霍爾器件、各向異性磁電阻(AMR)、巨磁電阻(GMR)相比,擁有能耗低、溫漂低、靈敏度高等優點,能夠明顯改善電流檢測的靈敏度與溫度特性。

 

2.2 溫濕度感測器

2.2.1溫度感測器

溫度對於BMS性能發揮意義重大,為了進一步提升電池利用率,防止電池過度放(充)電,掌控電池工況,增加電池使用壽命,內置NTC溫度感測器來監測溫度。

 

NTC溫度感測器主要由Mn等高純度金屬元素的氧化化合物經過陶瓷技術和半導體技術結合製成,工作原理為這些材料載流子數目少,電阻較高,當溫度升高時,載流子數目相應增加,電阻對應降低。其擁有電阻率高、熱容小、回應快,阻值與溫度線性關係優良,能彎曲、價格低、壽命長等優點。常用的有3類:地環外殼NTC溫度感測器,俗稱“地環型”;環氧樹脂封裝NTC溫度感測器,俗稱“水滴頭”、“小黑頭”;薄膜NTC溫度感測器。

 

2.2.2 濕度感測器

濕度感測器就是一種把環境濕度量轉變成能夠被電信號標記的設備或者裝置,常見的濕度感測器測量的量為相對濕度。現在新能源電動汽車BMS常用的濕度感測器有電阻式濕敏元件和電容式濕敏元件。其原理是在基片上塗敷一層用感濕材料膜,環境中水蒸氣吸附在膜上時,元件電阻率、電阻值會變化,就能測出濕度。

 

濕度因素在新能源電動車電池管理系統中尤為難以捕捉,但對於電池的性能、壽命影響巨大。對感測器的濕度輸出予以溫度補償,得到線性電壓,輸入到帶有ADC的新能源電動汽車的BMS當中。

文章來源Vehicle,轉載需備註【智享新動力】