概述

隨著新能源汽車市場的迅速擴大，充電樁的建設也在全國范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展。國家和政府也出臺了一系列鼓勵政策，促進充電基礎設施建設，以滿足日益增長的車輛充電需求。充電樁的普及不僅使得新能源汽車的充電更加便捷，也為環(huán)保事業(yè)的推進做出了積極貢獻。

然而，近年來充電樁起火爆炸、車輛充電中自燃等事故頻頻發(fā)生，引發(fā)了人們對新能源汽車、鋰電池及其充電設備等消防安全的集中關注。在新能源汽車的蓬勃發(fā)展下，充電樁作為其重要基礎設施之一，其可靠性和安全性是重中之重。充電過程中溫度控制不當可能導致電池過熱，進而引發(fā)火災或爆炸，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來嚴重威脅。

充電樁安全問題的頻發(fā)引起了廣泛關注，特別是溫度控制、電路短路、電壓波動等問題可能導致嚴重后果的監(jiān)測和處理顯得尤為重要。因此，急需一種可靠的監(jiān)測方案來及時發(fā)現(xiàn)溫度異常情況，以保障充電過程的安全穩(wěn)定。

為了保障用電安全，我們需要實時監(jiān)控充電樁各處的溫度，當發(fā)現(xiàn)溫度異常時，迅速采取措施，如切斷供電電路、發(fā)出告警并及時上報至云端等。針對充電樁溫度檢測的需求，敏源傳感開發(fā)和優(yōu)化了溫度傳感芯片（為了適配不同用戶要求，敏源溫度芯片擁有多種可選封裝，詳見后附選型表，方便用戶選型設計。文中以SOT23封裝的M1601B為例介紹）用以實現(xiàn)充電樁、充電槍接口以及電車電池倉內(nèi)的實時溫度監(jiān)測。這項技術不僅能夠及時檢測溫度異常，還具備超高溫報警和集成快速斷電等功能，有效地預防了車輛設備起火自燃的風險。

通過敏源傳感M1601B溫度傳感芯片的應用，我們能夠?qū)崿F(xiàn)對充電樁及充電槍溫度的全面監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)并應對溫度異常情況，從而保障了充電過程的安全穩(wěn)定性。同時，該技術的高效應用也為新能源車輛的發(fā)展提供了可靠保障，推動了新能源汽車行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

溫度傳感器安裝位置

敏源溫度傳感器芯片可安裝于充電樁和充電槍內(nèi)部的關鍵位置，如充電電源、充電線路和電池連接器等，以實時監(jiān)測這些部件的溫度。每個傳感器均配備唯一編碼，可通過讀取編碼區(qū)分不同傳感器，進而獲取各個區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)。

1．充電樁內(nèi)IGBT模塊的溫度檢測

2．充電樁接線座的溫度檢測

3．充電槍接線端子的溫度檢測

4．充電槍接線口的溫度檢測

圖 3 家用充電槍溫度傳感器安裝位置

敏源溫度傳感器特性

敏源數(shù)字溫度傳感器其感溫原理基于CMOS半導體PN節(jié)溫度與帶隙電壓的特性關系，經(jīng)過小信號放大、模數(shù)轉換、數(shù)字校準補償后，通過數(shù)字總線輸出。該傳感器具有精度高、功耗低、一致性好、測溫速度快、可編程配置靈活、壽命長等優(yōu)點。此外，傳感器還具備抗擊8kV接觸放電和15kV非接觸放電的能力，具有出色的穩(wěn)定性和耐用性。

主要優(yōu)點如下：

1. 高精度： 數(shù)字溫度傳感器芯片具有較高的測量精度和穩(wěn)定性，精度可達到±0.5℃，能夠提供精確的溫度測量結果。

2. 廣泛測溫范圍：能夠覆蓋廣泛的測溫范圍，從-70℃到+150℃，滿足多種應用場景的需求。

3. 高可靠性： 敏源溫度傳感器采用固態(tài)傳感器技術，無活動部件，不易損壞或失效，通過ESD、老化試驗等測試，保證了其可靠性。*

4. 低功耗： 數(shù)字溫度傳感器芯片通常具有低功耗特性，適用于對電力消耗有限制的場合，例如便攜式設備、無線傳感網(wǎng)絡等。

5. 快速響應： 可以實現(xiàn)快速響應溫度變化，提高了溫度監(jiān)測的實時性和準確性。

6. 高線性： 溫度呈線性關系，具有一致性好的特點。

7. 支持用戶空間： 內(nèi)置EEPROM，可以方便地存儲用戶數(shù)據(jù)，提供了靈活性和便利性。

8. 支持級聯(lián)組網(wǎng)：單總線支持一條總線多點級聯(lián)組網(wǎng)，方便系統(tǒng)的擴展和管理。

與NTC傳感器技術對比

NTC熱敏電阻通常由金屬氧化物制成，主要成分包括錳、鈷、鎳和銅等金屬。這些金屬氧化物通過陶瓷工藝制造而成。與鍺、硅等半導體材料類似，這些金屬氧化物在導電方式上表現(xiàn)出一致性。當溫度較低時，這些氧化物材料的載流子（電子和空穴）數(shù)目較少，因此其電阻較高；而在溫度升高時，氧化物材料的載流子數(shù)目增多，導致其電阻降低。

1. 非線性特性：NTC熱敏電阻的阻值隨溫度變化呈非線性關系，這意味著在一定溫度范圍內(nèi)，溫度變化對應的阻值變化并不是線性的。這種非線性特性可能使得在一些應用場景下需要進行更復雜的校準和補償。

2. 溫度響應時間較長：由于熱敏電阻本身的熱容性較大，其溫度響應時間相對較長。這意味著在溫度發(fā)生變化時，熱敏電阻的阻值變化需要一定的時間才能達到穩(wěn)定狀態(tài)，因此可能會導致溫度監(jiān)測的實時性不高。

3. 模擬輸出：NTC熱敏電阻通常具有模擬輸出，這意味著需要使用模擬電路來將其輸出信號轉換為數(shù)字信號進行處理。相比于數(shù)字輸出的傳感器，這增加了數(shù)據(jù)采集和處理的復雜性，可能需要額外的模擬電路設計和調(diào)試。

4. 采集電路復雜：由于NTC熱敏電阻的非線性特性，其輸出信號需要進行轉換和校準，以確保準確的溫度測量。因此，設計用于采集和處理這些信號的電路可能會更加復雜，需要更多的器件和技術支持。

5. 溫度范圍受限：雖然NTC熱敏電阻在一定范圍內(nèi)可以提供較高的精度和靈敏度，但其可靠工作范圍受到限制。在極端溫度條件下，例如超低溫或超高溫環(huán)境，熱敏電阻可能會失去準確性和穩(wěn)定性。

6. 溫度漂移：NTC熱敏電阻的阻值隨時間和使用條件的變化而發(fā)生漂移。這種溫度漂移可能由于材料老化、電路老化、環(huán)境條件變化等因素引起，導致溫度測量的不準確性和穩(wěn)定性下降。

7. 外部環(huán)境影響：NTC熱敏電阻對外部環(huán)境的影響較為敏感。例如，受到濕度、化學氣體、機械振動等因素的影響，可能會導致熱敏電阻的性能發(fā)生變化，從而影響溫度測量的準確性和穩(wěn)定性。

8. 不支持多點互聯(lián)：由于NTC熱敏電阻通常是單個傳感器，而不是多點測量系統(tǒng)，因此不支持多點互聯(lián)。這意味著在需要同時監(jiān)測多個位置或多個溫度的應用中，可能需要使用多個單獨的傳感器，增加了系統(tǒng)的復雜性和成本。

9. 成本高：盡管NTC熱敏電阻在一些應用中具有較高的性價比，但由于其需要復雜的采集電路、較長的響應時間以及其他限制，其總體成本可能會相對較高。特別是在需要高精度、高可靠性和大范圍溫度測量的應用中，可能需要更昂貴的器件和系統(tǒng)設計，進一步增加了成本。

10. 不支持用戶空間、多點互聯(lián)等高級功能：由于NTC熱敏電阻式單個無源器件，其無法支持高級功能。

硬件參考設計

敏源M1601B溫度傳感芯片支持寄生供電模式，即傳感器通過單一數(shù)據(jù)線接收來自主控器的命令和電源信號，并利用這些能量來進行溫度測量。下圖為典型電路。

圖 4 應用于充電樁測溫方案原理圖

在寄生供電模式下，M1601B采用兩線應用模式，即通過DQ和GND兩根線與主機進行通訊。其中，R2是上拉電阻，用來為芯片供電，而C2則是儲能電容，用來儲存能量。此外，R1、R3、C1構成濾波電路，用于濾除信號中的噪聲。

為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，電路中還包括了一組對稱放置的肖特基二極管D2和D5，以及TVS管D1和D3，構成了保護電路，有效防止了線纜上的靜電和浪涌現(xiàn)象對系統(tǒng)的損害。此外，D6放置在溫度傳感器芯片附近，作為防護器件，能夠防止大地上的異常電壓波動對傳感器芯片造成損傷。

以下是外圍相關器件的規(guī)格清單。

表格 1相關外圍器件清單列表

注：在實際應用中，濾波電路的電阻和電容的具體參數(shù)受線纜、接插件的影響，可能需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。

敏源溫度傳感芯片選型

從成本考慮，可以選擇精度為±0.5℃的溫度芯片。

表格 2 敏源溫度傳感芯片選型表

審核編輯：劉清