電池的損傷機理與故障預警

2.3.2 接觸電阻的不利影響

接觸電阻無處不在，其數值可能是電池內阻的若干倍，由于測量儀器最終還要依靠測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，這樣測量連接裝置將變得與測量儀器本身一樣重要，在某種意義上甚至成為電池故障預警技術工程實用化的成敗關鍵。

2.3.3 毫歐姆、微歐姆的定標問題

測量儀表需要正確地校準和標定才能保證合理的技術指標，缺少高精度毫歐姆，微歐姆電阻基準是定標困難之一；儀表測量原理的不同與測量連接的差異帶來很大的不確定量是定標困難之二。以上困難不僅造成不同儀表的測量數據之間缺少比對價值，還進一步造成出廠時的內阻值根本無法精確標定。好在電池故障預警更需要的是相對精度，這一特點大大降低了控制絕對精度的技術難度，但工程實踐表明，單體現場可標定，可校準依然是自動巡測型儀表工程化的一個不可或缺的基本要求。

3 互比較內阻增量是電池故障預警工程實用化的核心概念

電池故障預警的最佳方案是選擇帶有損傷留痕意義的電池內阻作為預警參數，這就需要對內阻的變化，即自比較內阻增量進行定量計算，然而這一方案存在以下現實困難：

1）如前所述，電池出廠時無法精確標定其初始內阻，從而使后續測量和計算失去原始依據；

2）影響電池內阻精確值的因素很多，特別是內阻在線運行下的無規則自然波動，使電池未損傷的應有內阻值無法確定，也造成計算自比較內阻增量缺少基準值。

解決以上困難的唯一出路是，用電池組的互比較內阻增量替代自比較內阻增量。實現這種替代必須具備以下前提條件。

（1）電池組采用同一廠家，同一規格的電池，并按一定的規范組裝而成，其中包括組裝前的一致性測試和組裝后的均衡充電規程，其內阻值應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行，包括同一電流和同一溫度，其內阻的在線自然波動應具有相同的歷史過程，即內阻值也應具有較小的運行分布誤差。

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

只要電池組的安裝與運行符合以上前提條件（一般實際電池組均能符合），則這種替代就具有足夠的合理性，而替代的重要現實目標是使實用儀表的研發具備技術可行性。

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行時內阻的正常自然波動，波動變化具體如何在本例中無關緊要。圖2表示另類單體電池以同一波動變化運行，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中粗實線表示2次受損內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有內阻值。圖3則表示由圖1、圖2兩類電池組成電池組（共5個）的內阻變化曲線，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 單體電池內阻的自然波動示意圖

圖3 電池組內阻整體自然波動，損傷事件與損傷留痕示意圖

圖3中沿t軸(時間軸)所標示的數據為3＃電池的歷史變化，要想求得3＃電池的自比較內阻增量，首先必須知道虛線所表示的非損傷內阻的應有值，當應有值為未知數時，計算自比較內阻增量自然不具備技術可行性。

而沿N軸(單體軸)所采集的數據為同一時刻各電池的當前內阻值，若合理認定1＃、2＃、4＃、5＃的內阻值可以代表3＃非損傷下的應有值，則3＃的當前值與該應有值之差，就是互比較內阻增量。

當然實際電池組采集到的數據都會有一定的離散性，處理離散性數據將會比本例復雜一些，但不影響其技術可行性。

4 結語

電池損傷機理提供了分析研究電池突發事故的新思路，由此而得到的現有電池安全體系存在系統性缺陷的結論引人警覺，選擇內阻互比較增量作為預警參數無疑會成為電池故障預警的重點研究方向之一，但是克服電池安全概念上的傳統誤區顯得比攻克技術難題更加重要。