快充如何重塑电动汽车充电格局

电动汽车 (EV) 快速直流充电可能是缓解许多人认为限制 EV 普及的里程焦虑的关键。拥有强大充电基础设施，可在 20 分钟而非 4 小时内完成电池充电，EV 充电体验将更接近驾驶员习惯的内燃机 (ICE) 车辆加油体验。

该基础设施虽未完全建成但正增长并向更多车型开放。多家电动汽车制造商近期采用特斯拉充电接口，特斯拉目前在快充桩部署上领跑市场。Sensience 委托研究预测，到 2030 年全球公共充电中直流快充将占 70% 以上（图 1）。

图 1. 2030 年直流快充增长预测。（图片：Sensience）

快充虽能释放 EV 市场增长潜力，但也大幅提高整个 EV 充电链热管理要求。直流快充桩输出 50-350 kW 功率，而二级充电桩典型仅 7-19 kW。即使在直流快充常见的高电压下，这些桩产生的热量也显著多于二级充电。因此，有效热管理比以往更关键，以防止温度升高缩短电池寿命、降低充电效率、引入安全风险。

有效热管理中一个有时被忽视、直到设计后期才考虑的组件是温度传感器规格，它们使电池和车辆管理系统能快速智能响应整个车辆充电链的温度变化。

温度传感器在 EV 充电链中的作用

传感器贯穿充电链。最明显应用在电池本身，热管理优先级最高。电池内传感器布局由电池设计和尺寸决定，但单个传感器通常不足，因快充时可能无法检测电芯或模块中形成的热点。理想情况下，需在多个位置直接监测电芯温度，并了解整个电池包内热分布。

车载充电机是温度传感器另一关键但相对简单的环境，传感器监测触发快充所需的冷却系统。因组件温度变异性较小，所需传感器较少。

车辆充电口是充电链中温度传感器另一重要应用。温度传感器用于车辆充电入口和充电枪，监测电气触点温度。此反馈在触点损坏或污染导致非预期现象时提供安全停机。快充期间充电入口温度最高，应特别关注此应用中传感器规格。

同等重要的是集成在冷却系统中的传感器，保护电池、车载充电机和电力电子免受过热。EV 集成的智能冷却系统仅与其支持的传感器一样有效。

EV 充电链传感器规格制定

高精度在任何温度传感应用中都至关重要，但在 EV 充电链中尤为重要，因电池以最高速度充电的温度窗口狭窄。传感器精度低会降低充电效率，因即使实际温度在期望范围内，充电可能须放慢以补偿传感器误差余量。高精度传感器减少车辆系统对传感器不准确性的补偿程度，可允许更长时间更快充电。

另一关键特性是响应时间——即从测量温度到通信并可采取行动的时间。不同传感器类型响应特性不同，同类型内可通过配置优化响应时间。

例如，负温度系数 (NTC) 热敏电阻，金属外壳比塑料外壳响应更快，因其导热性增强；但金属外壳增加成本，需在特定应用中权衡更快响应的价值。在温度不高或有冷却系统管理的充电链关键组件中，为追求最快响应而增加成本可能不值得。例外是充电入口，优化响应时间应为更高优先级。

选型另一考量是可维修性——或缺乏可维修性。传感器通常设计为集成在 EV 充电链中，故障时难以更换。传感器失效需整体更换组件。这使可靠性成为跨 EV 充电链使用温度传感器最重要属性。

幸运的是，尽管 EV 与 ICE 的温度传感器应用不同，但使用的传感器技术相似。这些技术制造工艺成熟，受益于自动化实现一致质量。测试和校准流程也被充分理解，有助于确保此应用中可预测的可靠性和性能。

评估 EV 充电链传感器技术

图 2. 传感器布局在 EV 电池中尤为重要，因温度因电池而异。

通常考虑用于 EV 的三种温度传感技术：热电偶、NTC 热敏电阻、电阻温度检测器 (RTD)。

热电偶响应温度变化产生与温度变化成正比的微小电压。这些传感器通常便宜但不适合 EV 充电链。高压环境（如 EV 电池）对测试工程师构成安全风险；精度易受电气噪声影响；响应时间慢于典型需求。

NTC 热敏电阻随温度升高电阻降低。该技术在紧凑尺寸下提供良好精度，便于集成紧凑空间。NTC 热敏电阻的响应时间和电阻-温度曲线可配置以满足广泛应用需求，包括充电链不同组件。因此，它们是这些应用的理想解决方案，因能高效满足设计需求，且在汽车应用中已验证数十年。

RTD 随温度升高电阻增加。这些传感器通常提供更好精度和更宽工作范围，但也更贵，且其优势在 EV 充电链应用中通常不带来额外价值。在持续降本压力下，设计师可能发现 NTC 热敏电阻以更低成本实现所需性能。

设计精度与可靠性

随快充普及，精确可靠的温度感知贯穿充电链将保持关键，即使电池技术演进。有效且成本高效集成温度传感器到新设计的关键，是在原型开发阶段制定规格并选择供应商。这实现更精简流程，帮助确保传感器具成本效益地满足应用需求，并降低设计从原型到量产时需修改的风险。

本文由 Sensience（俄亥俄州 Westerville）产品经理 Phil Thibodeau 撰写。更多信息请访问此处。