基于阻抗在线测量的锂离子电池过放电诱发内短路识别研究

锂离子电池的过放电行为可诱发内短路进而可能导致热失控。由于单体电池一致性差异和过放电导致的内短路初期电、热特征不明显,使得电压和温度等常规物理参数难以可靠实现故障预警,而阻抗可以反映电池内部信息,对故障状态具有较好的指示能力。该文通过分析锂离子电池过放电诱发内短路引起阻抗变化的机理,基于设计的阻抗在线测量装置,确定用于监测电池内短路故障的特征阻抗频率为70 Hz,获取过放电诱发内短路过程中特征频率下动态阻抗及阻抗变化率,提出一种基于动态阻抗特征的内短路在线识别方法并验证了方法的可靠性。实验结果表明,锂离子电池放电过程中动态阻抗半正弦变化特征可提前约144 s实现过放电预警,动态阻抗针状变化特征可提前约152 s实现内短路故障预警,动态阻抗明显回升特征可作为内短路发生的标志。此外,阻抗变化率特征有助于实现锂离子电池故障识别及预警,该方法在锂离子电池故障在线快速诊断中具有重要的应用潜力。

锂离子电池内部短路研究综述

机械滥用、热滥用和电滥用等电池滥用方式会引发电池内部短路,从而引发电池热失控等安全事故。从解决锂离子电池内短路问题出发,分析了锂离子电池内部短路产生机理和内短路发展阶段性特征,从方法分类、触发机理及优缺点等角度综合分析了内短路诱发实验方法。然后阐述了五类内短路识别方法的识别原理及适用范围,从电池材料、工艺、设计和使用等方面归纳了内短路抑制措施。最后总结出锂电池内短路未来发展方向和研究重点,为锂离子电池安全防护和应用提供借鉴。