利用先进的状态监测防止电动汽车电池故障
传统的电池监控系统依赖于温度或电压传感器，但往往会错过早期故障信号-本文将探讨 ScioSense 的 BCM1 气体传感模块如何为热失控提供更积极的解决方案。
世界正朝着更清洁、更可持续的技术方向发展，尤其是在交通领域。电动汽车（EV）市场正在快速增长。2025 年第一季度，全球电动汽车销量达到 410 万辆，比去年同期增长 29%。中国、欧洲和北美引领了电动汽车市场的增长，销量分别增长了 36%、22% 和16%1。
锂离子（Li-ion）电池是电动汽车技术的核心。锂离子电池能够以小巧的体积储存大量能量，从而提高了现代电动汽车的性能和续航能力。然而，随着电池能量密度的不断提高，安全问题也变得更加令人担忧，尤其是热失控风险，它可能导致火灾甚至爆炸。
传统的电池监控系统通常依靠温度或电压传感器来检测异常情况。这些系统在一定程度上是有效的，但往往无法识别电池故障的早期预警信号。本文将讨论气体传感技术如何解决热失控问题，以及先进环境和气体传感技术领域的领先企业 ScioSense 如何通过其 电池状态监测 (BCM1) 模块提供积极主动的替代方案。.
了解热失控及其触发因素
热失控是锂离子电池中一种危险的、自我延续的失效过程，像局部发热这样的小问题会迅速升级为全面的热事件。当内部温度上升超过临界值并开始分解电池材料释放热量和气体时，就会出现热失控。产生的热量会加速进一步分解，从而产生连锁反应，并迅速失控。热失控尤其危险，因为它并不一定需要灾难性事件才能启动；即使是小故障也可能成为导火索。
热失控有多种原因。例如，过度充电或过度放电会破坏电池化学稳定性，从而导致过热。杂质或错位层等制造缺陷会导致内部短路而不被发现。同样，外部机械损伤（如振动或撞击）或长期暴露在高环境温度下也会逐渐削弱电池的完整性。
早期阶段的迹象往往过于微妙，传统的电压或温度传感器无法检测到，而当这些指标出现变化时，失控过程可能已经开始。此外，热量或火苗会从一个电池单元传递到相邻的电池单元，造成热扩散，从而成倍增加热失控的影响。因此，有必要采用更先进的状态监测方法，在传统指标开始变化之前就能识别电池内部最早的化学变化。
气体检测为何重要
通常，传统的电池监控系统主要关注电气和热参数。这些指标往往只有在故障显著恶化后才会发生变化。相比之下，气体检测为识别锂离子电池的早期故障提供了一种更灵敏、更主动的方法。
在温度骤升或电压异常之前，电池内部问题的一个物理标志是挥发性有机化合物 (VOC) 和氢气 (H₂)、一氧化碳 (CO) 和低分子量碳氢化合物等气体的释放。这些气体是电解质分解、内部短路或电池降解的副产品，它们的存在是即将发生故障的重要预警信号。因此，能够检测这些气体的气体监测系统可以提高电池系统的安全性。
在这方面，ScioSense BCM1 模块采用金属氧化物（MOX）传感器技术，可实时识别这些排放物并进行分类。MOX 传感器灵敏度高、响应速度快，即使是微量气体也能在情况恶化前检测到。BCM1 的感应算法专门用于区分与电池有关的放气事件和良性环境波动，从而减少误报。
用于可靠检测的 BCM1 的主要功能
ScioSense 的 BCM1 模块专为电动汽车电池组等高性能、安全关键型应用而设计。它专为在苛刻的汽车环境中实现平稳集成和长期可靠性而设计。BCM1 可检测多种气体，包括 VOC、CO、H₂ 和电解质蒸汽。
除了基于 MOX 的气体传感外，BCM1 还提供可选的压力和湿度传感器，能够对检测到的异常情况进行更细致的解读。例如，湿度数据有助于区分良性环境变化和严重内部事件。同样，压力变化也能表明电池外壳内的膨胀或泄漏。这种环境背景增强了诊断的准确性，减少了误报，支持电池管理系统做出更明智的反应。
通过支持 LIN（本地互连网络）和 PWM（脉宽调制）通信接口，简化了 BCM1 与现有汽车平台的集成。这些标准化协议确保了与现代汽车控制网络的兼容性，并允许以最小的开销进行实时数据交换。这种灵活性使原始设备制造商和系统集成商能够将 BCM1 集成到各种电池架构中，而无需进行重大的重新设计或协议转换。
BCM1 模块的设计符合严格的汽车质量和可靠性基准。它符合汽车环境中电子元件的 AEC-Q100 鉴定标准，并符合 ISO/IATF 16949 和 VDA 6.3 标准，这些标准对汽车行业的供应商质量管理至关重要。这些认证验证了 BCM1 的可靠性，并简化了原始设备制造商的审批流程。
BCM1 安装在防水外壳中，防护等级为 IP5K4K、IPx7 和 IP9K。这些防护等级确保了对灰尘、水柱、临时浸没和高压清洗的耐受性，因为电动汽车在运行和维修过程中经常会遇到这些情况。坚固耐用的设计确保了在恶劣环境或热动态电池舱中的长期稳定性和可靠性。
BCM1 不仅功能先进、坚固耐用，而且非常省电。它在 12 V 电压下的耗电量低于 30 mA，工作时的能源开销极低，从而保持了电动汽车的续航能力并减少了热输出。因此，它适合在不影响整体系统效率的情况下进行连续监控。BCM1 还具有灵活的安装选项，包括 Delphi-clip 和卡口配置，可支持各种电池组设计和制造工作流程。
实际测试：证明气体检测的优势
ScioSense 与南德意志集团（TÜV Süd）和弗劳恩霍夫协会（Fraunhofer Society）合作，对袋装和圆柱形锂离子电池进行了多项测试，以验证早期气体检测的有效性。这些测试涉及故意过度充电、短路和其他已知会诱发热失控的应力条件2。
例如，在一次测试中，一个 5Ah 的钴酸锂₂袋电池被置于 12C 的过充电条件下。BCM1 模块在热失控开始前近 40 秒检测到气体放出。这一预警窗口为采取缓解策略（如隔离故障电池或启动冷却协议）提供了充足的时间。
同样，另一项测试涉及在 4C 温度下过度充电的 700mAh IMR14500 圆柱形锰酸锂电池。BCM1 再次成功检测到密封腔内的放气事件。这清楚地表明了袋装电池（由于外壳压力低，放气较早）和硬质圆柱形电池（在压力较高的情况下，放气较晚）之间的区别。这表明了检测气体而不是等待温度或压力阈值被突破的重要性。
将 BCM1 集成到电动汽车电池系统中
BCM1 的模块化特性使其能够顺利集成到电池系统的多个层面，包括模块、堆栈和管道层面。BCM1 体积小巧，安装无需工具，简化了现有结构的改装，并可在潜在通风点附近精确安装。
BCM1 安装后，可持续监控电池环境。如果检测到早期气体排放，系统可通过 BMS 启动各种安全响应，如降低充电或放电电流、激活局部或整体冷却、隔离单个电池或模块，以及启动受控系统关机。BCM1 能够捕捉到电池故障的最早征兆，从而防止热失控的物理传播，并延长整个电池系统的使用寿命和恢复能力。
BCM1 用于锂电池的电池状态监控器。
超越电动汽车：智能能源系统
尽管 BCM1 主要针对电动汽车应用，但其优势自然也延伸到了固定电池储能系统 (BESS)。这些系统通常部署在电网平衡、备用电源或可再生能源装置中，可在波动的负载和温度条件下运行数年。
在这方面，基于气体的状态监测可提供长期诊断洞察力，从而实现预测性维护，防止电池故障危及正常运行时间或导致昂贵的更换。随着储能系统对电网稳定性越来越重要，像 BCM1 这样的安全监控解决方案已成为可靠运行的必要条件。
结论
热失控是电动汽车和固定电池系统设计和运行过程中最严峻、最复杂的挑战之一。其后果十分严重，而传统的监测工具不足以保证现代电动汽车中能量密度越来越高的电池的安全。
ScioSense 的 BCM1 模块通过检测气体释放的最初迹象，提供了一层重要的保护。BCM1 使工程师能够在故障发生前进行干预，从而保护用户、保护资产并建立电动汽车消费者的信任。
原始设备制造商和电池系统设计人员正在寻求一种坚固耐用、易于集成、反应灵敏的安全解决方案，他们可以访问 ScioSense 网站，了解有关BCM1 模块及其他产品的更多信息。
参考资料
2025 年全球电动汽车销量同比增长 29%。 (2025) Rho Motion
[Online] Available at:https://rhomotion.com/news/global-ev-sales-up-29-in-2025-from-previous-year/Rolf Pauly (2025) Detecting Thermal Runaway In EV Batteries：推进早期预警系统。ScioSense.
[Online] Available at:https://drive.google.com/file/d/1dgGNCjR4VQzc8mHzBnVl1E8Bsf5FcGt5/view- 概况介绍 BCM1。
[Online] Available at:https://site_e630c2cf-27d3-4c5a-b919-0364804054fd/wp-content/uploads/2023/12/BCM1-Factsheet-1.pdf
*文章由Wevolver 发布，作者：Taha Khan
