在國(guó)家和地方政策雙輪驅(qū)動(dòng)、逐步完善的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)、“新三化”等趨勢(shì)的持續(xù)推動(dòng)下，新能源汽車(chē)發(fā)展迅猛。電池是新能源汽車(chē)的動(dòng)力源泉，電池安全重要性不言而喻，【NXP】NBPx電池壓力監(jiān)測(cè)傳感器應(yīng)運(yùn)而生。
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隨著新能源汽車(chē)的推廣，電池的應(yīng)用越來(lái)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(duì)環(huán)境較為友好等優(yōu)點(diǎn)，被稱(chēng)為綠色電池，逐漸成為各種應(yīng)用的首選。但在使用過(guò)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(guò)充電、過(guò)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(huì)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(lái)，相鄰的電池也會(huì)被迅速感染，相繼出現(xiàn)熱失控。這個(gè)傳播過(guò)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(cè)熱失控的方法
如何在早期監(jiān)測(cè)電池的熱失控，確保在危險(xiǎn)發(fā)生之前提供可靠的報(bào)警信號(hào)，成為了一個(gè)熱門(mén)的研究課題?？尚械谋O(jiān)測(cè)器件有電壓傳感器、煙霧檢測(cè)器、溫度傳感器、壓力傳感器。其中，壓力傳感器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。因?yàn)樵跓崾Э剡^(guò)程中，壓力信號(hào)特征非常明顯。當(dāng)有單節(jié)電池發(fā)生熱失控時(shí)，伴隨著溫度上升，氣體噴發(fā)，包內(nèi)壓力會(huì)急劇升高，當(dāng)包內(nèi)壓力大于外界壓力到一定值時(shí)，防爆閥會(huì)瞬間打開(kāi)，釋放內(nèi)部壓力，防止嚴(yán)重的爆炸事故發(fā)生。
NBPx Family 簡(jiǎn)介 --Battery Pressure Monitoring Sensors (BPMS)
NBPx系列壓力傳感器，全名是電池壓力監(jiān)測(cè)傳感器，簡(jiǎn)稱(chēng)BPMS。顧名思義，這就是專(zhuān)門(mén)為電池包壓力檢測(cè)設(shè)計(jì)的一款全新的產(chǎn)品。芯片采用QFN封裝，符合車(chē)規(guī)級(jí)，內(nèi)部集成了8位CPU，恩智浦提供了出廠(chǎng)固件，使之成為隨時(shí)可用的電池壓力檢測(cè)傳感器。其可以自己檢測(cè)包內(nèi)的壓力變化，通過(guò)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(huì)通過(guò)中斷向外部MCU給出報(bào)警信號(hào)。在整個(gè)過(guò)程中，無(wú)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(duì)包內(nèi)單節(jié)電池?zé)崾Э剡M(jìn)行及時(shí)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(cè)應(yīng)用中的先進(jìn)性。
首先是用戶(hù)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(shí)也提供了不同的功耗選項(xiàng)，用戶(hù)可以根據(jù)電池包的規(guī)格或者車(chē)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(cè)量、8 bit內(nèi)部溫度測(cè)量和8 bit內(nèi)部電壓測(cè)量。
壓力測(cè)量是BPMS的本職工作，內(nèi)部溫度測(cè)量主要是支持對(duì)壓力讀值進(jìn)行溫度補(bǔ)償，內(nèi)部電壓測(cè)量是支持自檢程序的運(yùn)行。
3、NBPx內(nèi)部的FIFO堆?？梢源鎯?chǔ)12組最近的壓力讀值。
這一配置不僅可以滿(mǎn)足內(nèi)部算法的需求，同時(shí)，也可以支持外部MCU在收到中斷信號(hào)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。
4、NBPx提供了三種用戶(hù)可配置的閾值檢測(cè)。
一是固定壓力值檢測(cè)，也就是判斷當(dāng)前讀值是否超過(guò)了預(yù)設(shè)的壓力值。二是相對(duì)壓力值檢測(cè)，通過(guò)計(jì)算前后兩次壓力測(cè)得值之差來(lái)判斷上升壓力是否超過(guò)了預(yù)設(shè)的差值。三是壓力變化率檢測(cè)，這是電池包壓力檢測(cè)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(guò)程中，一旦檢測(cè)到劇烈的壓力變化就會(huì)觸發(fā)中斷信號(hào)。
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(shí)連續(xù)輸出，以及壓力上下溢出報(bào)警及自檢報(bào)警等。
在BPMS的運(yùn)行過(guò)程中，主要包括周期時(shí)間和觸發(fā)時(shí)間，周期時(shí)間是傳感器按照默認(rèn)設(shè)置或在初始化時(shí)由外部MCU設(shè)定來(lái)工作的。在運(yùn)行過(guò)程中，如果有報(bào)警或錯(cuò)誤發(fā)生，傳感器會(huì)通過(guò)中斷引腳通知外部MCU，如果沒(méi)有報(bào)警或錯(cuò)誤發(fā)生，則繼續(xù)按照設(shè)定的程序運(yùn)行。以此來(lái)檢測(cè)電池狀態(tài)，防止嚴(yán)重的熱失控情況發(fā)生。
