電池的損傷機(jī)理與故障預(yù)警

時(shí)間：2023-05-01 12:12:13 電子通信論文我要投稿

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摘要：電池?fù)p傷理論比電池老化理論更適用于電池故障的分析研究。研究了在電池組中微損傷的成因。分析了電池組中損傷疊加直至“斷裂型”失效的過(guò)程，得出現(xiàn)有電池安全體系存在系統(tǒng)性隱患的重要結(jié)論。闡述了從損傷留痕角度選擇內(nèi)阻作為預(yù)警參數(shù)的理由。提出互比較內(nèi)阻增量是電池故障預(yù)警技術(shù)工程實(shí)用化的核心概念。

關(guān)鍵詞：電池?fù)p傷；損傷留痕；互比較內(nèi)阻增量；電池故障預(yù)警

引言

電池組突發(fā)失效是后備供電系統(tǒng)中的一大安全隱患，如何預(yù)防電池組突發(fā)失效是電池維護(hù)技術(shù)中具有挑戰(zhàn)性的課題。目前，電池組突發(fā)失效所呈現(xiàn)出的不可預(yù)知性成為了研究電池故障預(yù)警技術(shù)的原動(dòng)力。實(shí)現(xiàn)電池故障預(yù)警的關(guān)鍵是尋找最佳預(yù)警參數(shù)，顯然，最佳預(yù)警參數(shù)需要具備以下3個(gè)特點(diǎn)，即與電池故障的高度相關(guān)性，可重復(fù)測(cè)量性，可比較性。

電池老化理論是指導(dǎo)電池設(shè)計(jì)、制造和改進(jìn)的理論基礎(chǔ)，但老化理論的研究對(duì)象主要針對(duì)電池的整體性，而電池故障卻主要基于電池的差異性，因此，電池老化理論并不適用于電池突發(fā)失效的分析研究，這種不適用突出表現(xiàn)在各種電池故障預(yù)警方案的思路上�，F(xiàn)有的各種工程實(shí)用方案，無(wú)論是單體電壓方案或回路電流＋單體電壓方案，還是大電流放電方案或快速容量測(cè)試方案，都無(wú)不隱含著以電池容量作為預(yù)警參數(shù)，而實(shí)際上電池容量既不具備直接重復(fù)測(cè)量性（如定期容量放電試驗(yàn)），也不具備間接重復(fù)測(cè)量性（如通過(guò)測(cè)量端電壓或內(nèi)阻計(jì)算容量）。為擺脫電池老化理論對(duì)電池預(yù)警思路的束縛，迫切需要從新的角度重新審視電池安全對(duì)策，以期建立尋找最佳預(yù)警參數(shù)的理論依據(jù)，這就是電池?fù)p傷理論需要解決的課題。

1 電池?fù)p傷機(jī)理

1.1 電池?fù)p傷定義

解讀“過(guò)充或過(guò)放對(duì)電池有害”的常見(jiàn)警告，可進(jìn)一步科學(xué)化為：過(guò)充或過(guò)放電流將造成儲(chǔ)能反應(yīng)外的不可逆的電化學(xué)反應(yīng)，這種設(shè)計(jì)外的不可逆反應(yīng)必將損害電池的原有結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)能能力。由此可對(duì)電池?fù)p傷作如下定義：“過(guò)充過(guò)放下對(duì)電池結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)能能力所造成的不能自然復(fù)原的損害”。

表面上看，這一定義與電池老化理論和電池應(yīng)用常識(shí)并無(wú)明顯不同，但是，該定義將自然引發(fā)出2個(gè)真正有意義的問(wèn)題：

1）工程實(shí)用中一個(gè)完好的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)會(huì)避免電池?fù)p傷嗎？

2）電池?fù)p傷發(fā)生后，電池中留下了什么樣的可重復(fù)測(cè)量的，可相互比較的物理量變化？

1.2 “完好的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)”定義

電池故障可能起源于人為失誤，也可能起源于設(shè)備故障，這些原因都不是電池?fù)p傷理論的研究對(duì)象，電池?fù)p傷理論更加關(guān)注電池自身故障的不可避免性。

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