電池的損傷機(jī)理與故障預(yù)警

2.3.2 接觸電阻的不利影響

接觸電阻無處不在，其數(shù)值可能是電池內(nèi)阻的若干倍，由于測(cè)量?jī)x器最終還要依靠測(cè)量線連接到電池極柱上，電池極柱形形色色，外匯流條與緊固螺栓各異，這樣測(cè)量連接裝置將變得與測(cè)量?jī)x器本身一樣重要，在某種意義上甚至成為電池故障預(yù)警技術(shù)工程實(shí)用化的成敗關(guān)鍵。

2.3.3 毫歐姆、微歐姆的定標(biāo)問題

測(cè)量?jī)x表需要正確地校準(zhǔn)和標(biāo)定才能保證合理的技術(shù)指標(biāo)，缺少高精度毫歐姆，微歐姆電阻基準(zhǔn)是定標(biāo)困難之一；儀表測(cè)量原理的不同與測(cè)量連接的差異帶來很大的不確定量是定標(biāo)困難之二。以上困難不僅造成不同儀表的測(cè)量數(shù)據(jù)之間缺少比對(duì)價(jià)值，還進(jìn)一步造成出廠時(shí)的內(nèi)阻值根本無法精確標(biāo)定。好在電池故障預(yù)警更需要的是相對(duì)精度，這一特點(diǎn)大大降低了控制絕對(duì)精度的技術(shù)難度，但工程實(shí)踐表明，單體現(xiàn)場(chǎng)可標(biāo)定，可校準(zhǔn)依然是自動(dòng)巡測(cè)型儀表工程化的一個(gè)不可或缺的基本要求。

3 互比較內(nèi)阻增量是電池故障預(yù)警工程實(shí)用化的核心概念

電池故障預(yù)警的最佳方案是選擇帶有損傷留痕意義的電池內(nèi)阻作為預(yù)警參數(shù)，這就需要對(duì)內(nèi)阻的變化，即自比較內(nèi)阻增量進(jìn)行定量計(jì)算，然而這一方案存在以下現(xiàn)實(shí)困難：

1）如前所述，電池出廠時(shí)無法精確標(biāo)定其初始內(nèi)阻，從而使后續(xù)測(cè)量和計(jì)算失去原始依據(jù)；

2）影響電池內(nèi)阻精確值的因素很多，特別是內(nèi)阻在線運(yùn)行下的無規(guī)則自然波動(dòng)，使電池未損傷的應(yīng)有內(nèi)阻值無法確定，也造成計(jì)算自比較內(nèi)阻增量缺少基準(zhǔn)值。

解決以上困難的唯一出路是，用電池組的互比較內(nèi)阻增量替代自比較內(nèi)阻增量。實(shí)現(xiàn)這種替代必須具備以下前提條件。

（1）電池組采用同一廠家，同一規(guī)格的電池，并按一定的規(guī)范組裝而成，其中包括組裝前的一致性測(cè)試和組裝后的均衡充電規(guī)程，其內(nèi)阻值應(yīng)有較小的初始分布誤差。

（2）上述電池組在同一工作條件下運(yùn)行，包括同一電流和同一溫度，其內(nèi)阻的在線自然波動(dòng)應(yīng)具有相同的歷史過程，即內(nèi)阻值也應(yīng)具有較小的運(yùn)行分布誤差。

（3）因電池差異性而導(dǎo)致的電池損傷，包括惡性循環(huán)所致的損傷疊加總是集中在極少數(shù)電池上。這樣大多數(shù)電池的內(nèi)阻值變化都將遵循未損傷的電池老化規(guī)律。把這種未損傷電池內(nèi)阻的基礎(chǔ)值提取出來，可以作為損傷電池的當(dāng)前基準(zhǔn)內(nèi)阻，則各電池當(dāng)前實(shí)際內(nèi)阻值與當(dāng)前基準(zhǔn)內(nèi)阻值之差即可定義為互比較內(nèi)阻增量。

只要電池組的安裝與運(yùn)行符合以上前提條件（一般實(shí)際電池組均能符合），則這種替代就具有足夠的合理性，而替代的重要現(xiàn)實(shí)目標(biāo)是使實(shí)用儀表的研發(fā)具備技術(shù)可行性。

圖1～圖3示意圖可以形象地說明這種替代的合理性。圖1表示無損傷單體電池在線運(yùn)行時(shí)內(nèi)阻的正常自然波動(dòng)，波動(dòng)變化具體如何在本例中無關(guān)緊要。圖2表示另類單體電池以同一波動(dòng)變化運(yùn)行，但遭遇2次損傷事件（第一次為1日20:07，第二次為2日18:33），圖2中粗實(shí)線表示2次受損內(nèi)阻增量的逐次疊加過程，虛線部分則表示該電池非損傷下的應(yīng)有內(nèi)阻值。圖3則表示由圖1、圖2兩類電池組成電池組（共5個(gè)）的內(nèi)阻變化曲線，其中1＃、2＃、4＃、5＃電池屬圖1表示的未損傷類型，3＃電池為圖2所表示的受損類型。

圖1 單體電池內(nèi)阻的自然波動(dòng)示意圖

圖3 電池組內(nèi)阻整體自然波動(dòng)，損傷事件與損傷留痕示意圖

圖3中沿t軸(時(shí)間軸)所標(biāo)示的數(shù)據(jù)為3＃電池的歷史變化，要想求得3＃電池的自比較內(nèi)阻增量，首先必須知道虛線所表示的非損傷內(nèi)阻的應(yīng)有值，當(dāng)應(yīng)有值為未知數(shù)時(shí)，計(jì)算自比較內(nèi)阻增量自然不具備技術(shù)可行性。

而沿N軸(單體軸)所采集的數(shù)據(jù)為同一時(shí)刻各電池的當(dāng)前內(nèi)阻值，若合理認(rèn)定1＃、2＃、4＃、5＃的內(nèi)阻值可以代表3＃非損傷下的應(yīng)有值，則3＃的當(dāng)前值與該應(yīng)有值之差，就是互比較內(nèi)阻增量。

當(dāng)然實(shí)際電池組采集到的數(shù)據(jù)都會(huì)有一定的離散性，處理離散性數(shù)據(jù)將會(huì)比本例復(fù)雜一些，但不影響其技術(shù)可行性。

4 結(jié)語(yǔ)

電池?fù)p傷機(jī)理提供了分析研究電池突發(fā)事故的新思路，由此而得到的現(xiàn)有電池安全體系存在系統(tǒng)性缺陷的結(jié)論引人警覺，選擇內(nèi)阻互比較增量作為預(yù)警參數(shù)無疑會(huì)成為電池故障預(yù)警的重點(diǎn)研究方向之一，但是克服電池安全概念上的傳統(tǒng)誤區(qū)顯得比攻克技術(shù)難題更加重要。