第十章：热电偶和测量

温度测量是热系统设计和管理中最具挑战性的问题之一。测量锂离子电池温度最准确的位置实际上是在电池内部。然而，这也是安装温度传感器最困难的位置，除非它被设计到电池本身。因此，典型的电池测量都是从电池表面进行的。在为电池配备测试设备时，许多热工程师会在电池上的三个位置安装温度传感器：靠近终端的位置，电池表面的中间位置，以及离终端最远的表面。然而，这通常只在电池表征期间完成，因为在大型电池组中安装这些许多热敏电阻的成本将非常高。

由于这些原因，生产设计通常包括每个模块两到三个温度传感器。在这种情况下，温度传感器的安装与在电池表征过程中传感器的位置没有什么不同。一个温度传感器可以安装在模块中的第一个电池上，一个在中间，一个靠近末端。当然，准确确定需要多少个传感器以及在哪里放置传感器的正确方法应该基于你的模块特性测试和CFD分析，这两者都会告诉你模块设计中的“热点”在哪里。

请记住，温度传感器的目的是识别和管理电池组的整体温度，不一定是监测每个电池的温度。热管理系统（TMS）中的温度传感器旨在监测电池组的温度，并通知BMS何时向电池发送更多的加热或冷却。

在热系统设计中，对于液体和风冷设计，安装温度传感器来监测输入流体（液体或空气）的温度以及输出流体（液体或空气）的温度也是很好的做法。请注意，这是除了位于电池模块内部的温度传感器之外的。

另一个需要记住的重要概念是外部环境温度和内部储能系统温度之间的差异。许多规范会将系统的温度范围描述为-40°C到70°C，但这并不是指电池将达到的温度。只指电池必须达到的外部温度设计成能在内部运行。然而，热管理系统的设计仍然必须保持锂离子电池在其最佳范围内工作。因此，对于温度较高的气候，可能需要冷冻空气或基于制冷剂的冷却系统，以便将电池降低到23°C的范围内。在较冷的气候条件下，可能需要一个加热器，以便为电池提供加热的空气或液体，以使其达到其工作范围。

目前电池系统中使用的两种主要类型的温度测量热电偶是热敏电阻和负热系数（NTC）。热敏电阻是一种通过使用在一个或多个位置相互接触的两种不同金属来测量温度的装置。当两种导电金属中的一种发生温差时，就会产生电压。这实际上使用的原理与前面讨论过的珀尔帖装置相同。热敏电阻的工作范围非常广，取决于类型，并从-180°C和所有超过1800°C的范围内选择，但典型的测量范围是从0°C到1100°C以上。

负热系数（NTC）热敏电阻是一种温度测量装置，其工作原理是随着温度的升高而测量电阻的下降。NTC热敏电阻的工作范围为-50°C至150°C，但对于一些玻璃封装的NTC单元，可以工作高达约300°C。最后，热电偶的选择将取决于所需的温度范围、公差、成本、稳定性和输出。