一氧化碳傳感器在電動汽車及儲能電站中的應用

智能小貓

近年來，我國的電動汽車行業蓬勃發展，各電動汽車品牌如雨后春筍般涌現，大有將傳統燃油汽車取而代之的氣勢，雖然電動汽車的市占率還遠遠比不上燃油車。相比較于傳統燃油車，新能源電動車有以下幾大優勢：
1、環境污染小。盡管電動汽車用的電很大程度來源于火力發電，但是相比較燃油車而言確實是污染更小。
2、噪音小。大家都知道燃油車轟油門時候的噪聲有多大吧，而電動汽車運行過程中基本是寧靜的聲音特別小。
3、高效率。特別是在城區道路，城區道路相對擁擠，紅路燈多，車速相對要低很多。在低速環境下，電動汽車的能源利用率要比燃油車高得多，怠速情況下燃油車基本都在做無用功。平常開車的朋友們會發現在市區開車的油耗相比于郊外或者高速上要高得多。
4、結構簡單、維修保養簡便。電動汽車的結構相對燃油車來講要簡單很多，沒有內燃機、沒有變速箱。我國也掌握了先進的電機技術，不像燃油車的發動機和變速箱的核心技術都受限于國外。
5、電費便宜、耗能低。
基于上述優點，近年來電動汽車保有量越來越多。電動汽車有其優點也有其缺點，電動汽車的的電池基本都是鋰電池，無論是三元鋰、還是磷酸鐵鋰，都是通過鋰離子得失電子來實現電能儲存的。而鋰離子作為已知最活躍的元素，只要接觸空氣，就會和氧氣發生反應燃燒、爆炸。近年來電動汽車電池起火的案例也層出不窮。2020年1-12月全年被媒體報道的燒車事故（自燃+冒煙）就有124起。

雖然新能源汽車電池安全的相關法律法規已經逐漸完善，動力電池技術也在逐漸突破、成熟，但是目前為止還沒沒有辦法保證電池不會熱失控，從而導致起火甚至爆炸。

不僅僅是新能源電動汽車存在這個困擾，儲能電站也存在這個困擾。隨著電動汽車數量的增加，對電力的需求也會日益增大，一般電動汽車普通充電的功率有7KW、20KW、30KW，有些品牌的電動汽車有快速充電的最高可達200KW，如果大量電動汽車一起充電的話，可想而知電網的負載壓力有多大，這將是難以承受的。儲能電站就能很好地解決這個問題，從而減緩電網的負荷。一般成室內的儲能電站都是通過超級電池組進行儲電的，本質上也是鋰電池，既然是鋰電池，那么也會存在熱失控的危險。并且由于儲能電站的鋰電池更大更多，所以一旦發生熱失控，其所造成的危害會更大，損失更嚴重。
2021年4月16日下午，北京市豐臺區發生一起儲能電站熱失控起火事故，該事故造成1名值班電工遇難、2名消防員犧牲、1名消防員受傷�；馂脑斐芍苯迂敭a損失1660.81萬元�？梢妰δ茈娬疽坏┌l生事故是多么的可怕。

韓國，作為另一個鋰電池制造大國，自2017年至2021年，共發生32起儲能火災，造成的財產損失達466億韓元（約合人民幣2.49億元）。在今年的一月份再次發生兩起類似事故！

一例例事故，觸目驚心。暫時又沒有能夠保證鋰電池不發生熱失控的方法，那有沒有方法能夠及時發現鋰電池失控的方法呢？能夠及時發現問題，或許可以及時控制住，最不濟也能及時疏散人群，是損失減至最低。
我們可以從動力鋰電池熱失控時產生的大量氣體入手，鋰離子電池熱失控的時候，電池內部會發生一些列的化學反應，其中會有大量的一氧化碳釋放出來。一氧化碳不僅是易燃易爆的氣體，更可以與人體內的血紅蛋白結合，使其失去與氧氣結合的能力，從而導致我們缺氧甚至窒息。所以我們可以通過檢測一氧化碳的濃度來判斷電池熱失控。在這里給大家推薦一款紐扣式一氧化碳傳感器(CO傳感器)TGS5141：

TGS5141一氧化碳傳感器CO傳感器是費加羅研發的可電池驅動的電化學式傳感器，使用一個特殊的電極取代了儲水器，由于去除了TGS5042中使用的儲水器，TGS5141與TGS5042相比，其外形尺寸縮減到只有后者的10%大小。非常適用于高集成電子產品，對CO的靈敏度高、將CO濃度線性輸出，設計方便，自帶出廠預標定靈敏度系數，方便用戶使用與性能追溯，壽命長達10年以上。
畢竟是事關我們的生命安全，對于精度還是有要求的，測量不準的話又怎么能給出正確的警報呢？TGS5141輸出電流與一氧化碳濃度之間在0～1,000ppm范圍內顯示了± 5%以內偏差的較高直線性。不同濃度CO對應的輸出電流可以參考下圖。

同時我們也要關注傳感器的長期穩定性，畢竟要求車主們頻繁更換是不太現實的。這就要求傳感器壽命足夠長，更要求傳感器輸出長期穩定，不然會使報警值改變，造成早報晚報甚至不報等情況了。TGS5141的壽命長達十年以上，長期穩定性也是十分優秀，可以參考下圖。（Y軸顯示的是在任何時間點300ppm一氧化碳中的輸出電流(I)和測試第一天300ppm一氧化碳中的輸出電流(Io)的比值。）

汽車或者儲能電站內會有各種各樣的氣味，要是傳感器抗干擾性不好的話，也是很容易造成誤報的，所以這個傳感器要求對CO靈敏度高，對其他氣體的靈敏度越低越好。TGS5141就很好，對大部分氣體的靈敏度都是非常低的，對CO靈敏度又很高的，見下圖。

并且考慮到汽車內的溫度范圍是比較寬廣的，基本所有傳感器受溫度的影響又是比較明顯的，所以廠家針對TGS5141做出了溫度補償系數表，OEM客戶可以直接利用補償系數對傳感器進行溫度補償，從而使傳感器在不同溫度下也能有高精度的輸出。補償系數見下圖。

由此可見TGS5141是一款十分優秀的CO傳感器，性能優異、質量可靠，可以為我們的生命財產安全添加一層保障。以下是TGS5141的一些基本參數：
1）一氧化碳檢測范圍：0-5000ppm
2）輸出電流：1.2-3.2nA/ppm
3）響應時間表：＜ 60S
4）工作溫度：-10℃~+50℃（常用） -20℃~+60℃（偶爾）
5）工作濕度：10-95%RH（不結露）


以下是TGS5141傳感器的一些優勢：
1）超小體積；
2）可電池驅動；
3）很高的線性輸出特性；
4）很好的對一氧化碳的選擇性和重復性；
5）校準簡便易行；
6）使用壽命長；
7）取得UL認證。