许多人认为，里程焦虑限制了电动车的普及，而直流快充技术可能成为缓解里程焦虑的关键。充电基础设施若能将充电时间从4小时缩短至20分钟，那么电车的充电体验将更接近于驾驶员所熟悉的油车加油体验。虽然目前北美地区的直流快充基础设施尚未完全成熟，但其数量和普及率正在不断增长。近期，多家电动车制造商都采用了特斯拉充电连接器，使特斯拉在快充设备部署方面目前处于市场领先地位。根据Sensience委托开展的一项研究，预计到2030年，直流快充基础设施在全球公共充电基础设施的占比将达到70%以上（图1）。图1.到2030年直流快充基础设施的预期增长率（Sensience）虽然快充技术可能推动电动车市场规模增长，但它也对整个电动车充电链路过程中的热管理提出了更高的要求。直流快速充电器的输出功率范围为50~350kW，而L2级充电器的输出功率通常仅为7~19kW。直流快速充电器的工作电压通常高于L2级充电器，因此其充电端口的产热也高得多。鉴于此，目前的当务之急是确保有效的热管理，以防止高温环境缩短电池寿命、降低充电效率并增加安全风险。在有效的热管理中，有一个关键因素通常会被忽视，直到设计后期才会引起注意，那就是温度传感器的性能。只有使用性能优异的温度传感器，电池和汽车管理系统才能快速、智能地对整个充电链路中的温度变化做出响应。
传感器广泛应用于整个充电链路，其中最主要的应用场景就是电池本身，因为电池热管理是重中之重。尽管传感器在电池内部的安装位置取决于电池设计和尺寸，但一个传感器通常无法有效探测电芯或电池模块在快充过程中形成的高温区域。理想情况下，我们希望能够直接监测多个位置的电芯温度，并了解整个电池组内的热量分布情况。车载充电器也是温度传感器的重要应用场景之一，其工作环境相对简单，通过传感器监测来触发冷却系统，以管理快充过程中产生的热量。由于车载充电器内部温差不大，因此所需的传感器数量也较少。在充电链路中，车辆充电端口是温度传感器的另一重要应用场景。温度传感器通常置于充电接口和充电枪内部，用以监控电气接触片的温度。如果电气接触片因损坏或污染而引发任何意外情况，温度传感器反馈机制会及时提供断电保护。在快充过程中，充电接口的温度可能是最高的，因此应特别关注此处传感器的性能。此外，在冷却系统中集成的传感器也非常重要。这些冷却系统可以防止电池、车载充电器和电力电子设备过热。传感器的性能决定了搭载在电动车上的智能冷却系统是否能有效地运行。
尽管温度传感器在任何应用中都必须确保高精度，但这一点对电动车的充电链路尤为重要，因为电池在极速充电时的工作温度范围非常有限。低精度传感器可能降低充电效率，因为即使实际温度处于理想范围内，汽车系统也可能不得不放慢充电速度以补偿传感器误差。如果传感器精度更高，汽车系统就无需过多考虑传感器误差，从而可以进行更长时间的快速充电。电动车温度传感器的另一个关键特征是响应时间，即从检测温度和反馈信息到系统采取行动之间的时间间隔。不同类型的传感器具有不同的响应特征，但可以通过优化传感器配置来缩短响应时间。以负温度系数（NTC）热敏电阻为例，采用金属外壳比采用塑料外壳的产品更具导电性，因而响应速度也更快。但金属外壳会增加传感器的成本，因此在选择传感器时，必须权衡提高特定应用中的响应速度所带来的价值是否能够抵消增加的成本。对于温度不是很高或配备冷却系统的应用（如电动车充电链路的关键部件），投入更多成本以提高传感器响应速度可能并不划算。然而，充电接口是个例外，因为此处需要优先考虑缩短响应时间。在选择传感器时，还需要考虑一个重要因素，即使用可靠性。传感器通常在设计时就被整合进电动车充电链路中，这意味着一旦传感器发生故障，便难以单独更换该部件，必须更换整个组件。这使得可靠性成为了这些温度传感器最重要的性能特征。虽然电动车和燃油车采用的温度传感器有所不同，但它们使用的传感器技术却是相似的。传感器的制造工艺相当成熟且已实现自动化生产，可确保产品质量稳定。传感器的测试和校准流程也已得到充分研究，可确保其在电动车充电应用中具备可预测的可靠性和性能。
图2. 由于电池内部可能存在温差，因此传感器在电动车电池中的安装位置尤为重要。业界人士通常考虑采用以下三种电动车温度传感技术：热电偶、NTC热敏电阻和电阻式温度探测器（RTD）。热电偶的工作原理是在温度变化时产生一个与温差成正比的小电压。此类传感器通常价格低廉，但不太适用于电动车充电链路。因为在电动车电池等高电压环境下，此类传感器可能会给测试工程师带来安全隐患，准确性也可能受到电气噪声的影响，而且响应时间也高于一般传感器。NTC热敏电阻的阻值会随着温度的升高而降低。这种传感器体积小巧且精度较高，易于集成至狭小空间中，而且响应时间和电阻温度系数设置均可进行更改，以满足多种应用（如充电链路中的各种组件）的要求。因此，NTC热敏电阻是理想的电动车充电链路温度传感器，因为我们可以调整其设置，以使其有效地满足设计要求。数十年来，这一点已经在各种汽车应用中得到了充分验证。在电阻式温度探测器（RTD)中，阻值会随着温度的升高而增加。相较于NTC热敏电阻，此类传感器的精度更高且工作范围更广；但其价格也更为高昂，而且这项技术无法在电动车充电链路应用中提供附加价值。在持续的成本压力下，设计师可能会更偏向于使用NTC热敏电阻，因为它能够在降低成本的同时实现所需性能。
虽然电池技术在不断发展，但随着快充技术的日益普及，精准、可靠的温度传感器仍将在整个充电链路中扮演至关重要的角色。为了将温度传感器经济、有效地集成至新设计中，就必须在传感器原型开发阶段确定其性能特征，并选择合适的供应商。这样做不仅可以简化生产流程，确保传感器满足应用要求并具备经济效益，同时还能降低从原型开发到量产的过程中修改设计的风险。随着快速充电变得越来越普遍，即使电池技术不断发展，整个充电链中精确可靠的温度传感仍然至关重要。本文由Sensience（Westerwille, OH）运输产品经理Phil Thibodeau撰写。![]()
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