摘 要：鋰離子電池自問(wèn)世以來(lái)，憑借其能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于人們生活的各個(gè)方面。然而鋰離子電池本身有著不可忽視的安全問(wèn)題，鋰離子電池因熱失控引發(fā)的火災(zāi)、爆炸等事故造成了不可避免的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，鋰離子電池的安全問(wèn)題也越來(lái)越受到人們關(guān)注。本文結(jié)合了熱失控的相關(guān)知識(shí)，分析了電池出現(xiàn)熱失控時(shí)出現(xiàn)的溫度、內(nèi)阻、電壓、電池內(nèi)部壓力及生成的氣體等特征參數(shù)，從這些特征參數(shù)著手對(duì)現(xiàn)有的鋰離子電池?zé)崾Э剡M(jìn)行安全預(yù)警方法進(jìn)行了總結(jié)并對(duì)未來(lái)的電池預(yù)警發(fā)展趨勢(shì)做了分析與展望。
關(guān)鍵詞：鋰離子電池；預(yù)警；特征參數(shù)；溫度；特征氣體
鋰離子電池自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，得到了迅猛的發(fā)展，因其比能量大、輸出電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于數(shù)碼、家電等多個(gè)方面。近10年來(lái)隨著能源問(wèn)題日益嚴(yán)峻，鋰離子電池在電動(dòng)汽車(chē)和電化學(xué)儲(chǔ)能上得以快速發(fā)展。截止到2019年11月，我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)104.3萬(wàn)輛，而其中70%是純電動(dòng)汽車(chē)，占到全球市場(chǎng)的50%；電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量也在穩(wěn)步上升，截止至2019年中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為1709.6 MW，其中鋰離子電池的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大為1378.3 MW，到2020年電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量預(yù)計(jì)達(dá)到2726.7 MW，考慮到“十四五”期間更多的利好政策的頒布，預(yù)計(jì)在2020—2024年期間電化學(xué)儲(chǔ)能的年復(fù)合增長(zhǎng)率將有望超過(guò)65%，預(yù)計(jì)到2024年年底電化學(xué)儲(chǔ)能的市場(chǎng)裝機(jī)規(guī)模將接近24 GW。
然而鋰離子電池本身存在著不能忽視的安全隱患，隨著鋰離子電池能量密度等指標(biāo)的提高，鋰離子電池的安全性問(wèn)題也越發(fā)尖銳。截止至2019年9月，我國(guó)報(bào)道的電動(dòng)汽車(chē)安全問(wèn)題有40余起。在電化學(xué)儲(chǔ)能方向，在韓國(guó)自2017年起已發(fā)生了28起事故，我國(guó)也報(bào)道過(guò)3起事故。電池安全性問(wèn)題在近些年受到廣泛關(guān)注，提高鋰離子電池的安全性能也成為了電池研發(fā)的重要方向。
目前，鋰離子電池安全性能的提升，一方面集中在電池單體制作工藝的提升，通過(guò)添加電解質(zhì)添加劑、改善正負(fù)極材料結(jié)構(gòu)、改善隔膜制備工藝等從而提升安全性；另一方面，考慮到電池?zé)崾Э剡^(guò)程中伴隨著電壓、內(nèi)阻、溫度等多種參數(shù)的變化，并伴隨有特征氣體的生成，將此類(lèi)參數(shù)作為故障識(shí)別參數(shù)，引入電池?zé)崾Э仡A(yù)警機(jī)制，也是目前提升電池安全性的一個(gè)重要手段。本文結(jié)合電池發(fā)生熱失控的誘因和機(jī)理，以電池出現(xiàn)熱失控時(shí)的特征參量對(duì)鋰離子電池預(yù)警方式進(jìn)行了分類(lèi)，對(duì)目前的預(yù)警方式進(jìn)行了分類(lèi)總結(jié)并對(duì)未來(lái)的電池預(yù)警發(fā)展趨勢(shì)做了分析與展望。
1 熱失控誘因和機(jī)理
對(duì)于鋰離子電池?zé)崾Э氐恼T因，大致可分為3個(gè)原因：機(jī)械濫用、電濫用和熱濫用。圖1概括了電池?zé)崾Э卣T因，從圖中可以清晰地看出這3種誘因都會(huì)使電池出現(xiàn)內(nèi)短路，最終導(dǎo)致了熱失控的出現(xiàn)。通常不同誘因引發(fā)的熱失控，產(chǎn)生的現(xiàn)象會(huì)有一定的差異，但是其機(jī)理都是相似的。
圖1 電池?zé)崾Э氐恼T因
電池?zé)崾Э氐臋C(jī)理，從低溫到高溫電池會(huì)經(jīng)歷如下過(guò)程：SEI膜的分解；電解液與負(fù)極的反應(yīng)；隔膜熔化過(guò)程；正極的分解反應(yīng)；電解質(zhì)的分解反應(yīng)；黏結(jié)劑分解及電解質(zhì)燃燒反應(yīng)。表1總結(jié)了電池在熱失控過(guò)程中在不同溫度區(qū)間發(fā)生的反應(yīng)以及所放出的熱量，目前部分學(xué)者將120～150 ℃，即電池隔膜開(kāi)始出現(xiàn)熔化的溫度視為熱失控發(fā)生的溫度。
表1 電池內(nèi)部常見(jiàn)熱行為
電池?zé)崾Э赝ǔ０殡S的不僅僅是溫度的升高，還會(huì)有大量煙霧和CO、C2H4、C2H6、C3H6、H2等可燃?xì)怏w生成，文獻(xiàn)[5]在不低于130 ℃的情況下針對(duì)不同正極材料的電池所產(chǎn)生的氣體進(jìn)行了采樣分析，其組分如圖2所示。
圖2 泄氣成分及濃度
這些氣體以及煙霧的出現(xiàn)，使電池的熱量積累到一定程度后導(dǎo)致了電池火災(zāi)的發(fā)生，并且在氣體產(chǎn)生的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致電池的膨脹。
除此之外，電池出現(xiàn)熱失控時(shí)自身的電參數(shù)也會(huì)發(fā)生一定的變化，馮旭寧指出電池出現(xiàn)熱失控并導(dǎo)致隔膜閉孔熔化后，會(huì)使其內(nèi)阻顯著增大，在熱失控過(guò)程中電池的電壓也會(huì)出現(xiàn)明顯的波動(dòng)并最終降至0 V。
因此，電池?zé)崾Э剡^(guò)程與電池的溫度緊密相關(guān)，并且伴隨著內(nèi)阻增大、電壓波動(dòng)、氣體產(chǎn)生、壓力增大等參數(shù)的變化，而這些參數(shù)的變化為電池?zé)崾Э仡A(yù)警提供了依據(jù)。
2 熱失控特征參數(shù)與預(yù)警
關(guān)于電池?zé)崾Э氐念A(yù)警，主要是針對(duì)電池出現(xiàn)熱失控的臨界條件對(duì)電池進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警，電池在出現(xiàn)熱失控的過(guò)程中，其電壓、電流、內(nèi)阻、內(nèi)部壓力、溫度等都會(huì)出現(xiàn)明顯的變化，且產(chǎn)生特征氣體，通過(guò)對(duì)其中一種或幾種特征參數(shù)及特征氣體的監(jiān)測(cè)可以有效地對(duì)電池?zé)崾Э剡M(jìn)行預(yù)警，從而避免熱失控造成的較大的經(jīng)濟(jì)損失。
2.1 溫 度
考慮到電池?zé)崾Э氐倪^(guò)程是電池溫度不斷上升的過(guò)程，溫度是判斷電池是否發(fā)生熱失控以及判斷熱失控進(jìn)行程度的一個(gè)重要參數(shù)，很多電池預(yù)警系統(tǒng)都采用溫感探測(cè)器對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)溫度超過(guò)臨界溫度后發(fā)出預(yù)警信息進(jìn)行預(yù)警。
文獻(xiàn)研發(fā)了針對(duì)18650型鋰離子電池與電池組的多級(jí)預(yù)警裝置，通過(guò)在不同倍率下對(duì)18650型鋰離子電池做充放電循環(huán)試驗(yàn)并通過(guò)熱電偶對(duì)電池表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以探索鋰離子電池產(chǎn)熱的規(guī)律。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電池溫度達(dá)到50 ℃后電池容量都會(huì)出現(xiàn)衰減，而電池溫度在50～80 ℃時(shí)溫度上升趨勢(shì)較慢，尤其是70～80 ℃階段。最終確定了50 ℃為第一級(jí)預(yù)警溫度，70 ℃為第二級(jí)預(yù)警溫度，80 ℃為第三級(jí)預(yù)警溫度的三級(jí)預(yù)警方案。該裝置具有高效、便捷、響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)異常升溫的鋰離子電池顯示出了優(yōu)良的預(yù)警性能。
不過(guò)對(duì)于以溫度作為參數(shù)進(jìn)行預(yù)警的方式，最大的問(wèn)題就是熱電偶或溫度傳感器在測(cè)量電池溫度的過(guò)程中內(nèi)外溫度有著一定的誤差，會(huì)導(dǎo)致還未到設(shè)定預(yù)警溫度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)電池?zé)崾Э氐默F(xiàn)象，最終導(dǎo)致預(yù)警失敗。文獻(xiàn)[7]在對(duì)電池預(yù)警進(jìn)行探索時(shí)發(fā)現(xiàn)三元鋰電池發(fā)生變形并著火時(shí)其表面溫度僅為56.3 ℃，從而提出溫度不適宜作為鋰電池火災(zāi)探測(cè)的依據(jù)，因而需要有更有效的方式對(duì)電池的實(shí)際溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
針對(duì)此種情況，文獻(xiàn)[8]提出了用紅外成像技術(shù)對(duì)電池組進(jìn)行熱失控監(jiān)測(cè)，紅外成像技術(shù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)響應(yīng)時(shí)間快、效率高且可以探測(cè)到電池各部位溫度，可以更好地對(duì)溫度進(jìn)行探測(cè)。Li等引入電阻溫度檢測(cè)器置于CR2032電池集流體后用于監(jiān)測(cè)電池的溫度，結(jié)果表明該方式測(cè)得的溫度比采用傳感器等方式在電池外部所得溫度平均高5.8 ℃，并且檢測(cè)速度也快了10倍。未來(lái)還需要更有效的溫度探測(cè)方式對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而保證熱失控預(yù)警的成功率。
2.2 內(nèi) 阻
內(nèi)阻是鋰離子電池一個(gè)非常重要的參數(shù)，內(nèi)阻會(huì)隨著充放電狀態(tài)（SOC）、工作的環(huán)境溫度等條件發(fā)生變化，常用于電池壽命評(píng)估、健康狀態(tài)評(píng)估（SOH）以及性能檢測(cè)，也是檢測(cè)電池是否出現(xiàn)異常的重要參數(shù)。通常電池在正常工作的溫度范圍內(nèi)，電池的內(nèi)阻隨著溫度升高而降低，但是當(dāng)超過(guò)正常工作范圍甚至發(fā)生熱失控時(shí)，電池的內(nèi)阻會(huì)有明顯的上升。
Srinivansan等提出了一種基于阻抗相位快速監(jiān)測(cè)法的鋰離子電池?zé)崾Э仡A(yù)警方法，設(shè)定擾動(dòng)電流幅值在100～200 mA，阻抗測(cè)定頻率在0.8～1.0 kHz，每5 Hz測(cè)定1次，其將內(nèi)部阻抗分為兩個(gè)部分：幅值|Z|和相移?，通過(guò)利用相移?與電池容量弱相關(guān)而與內(nèi)部溫度T強(qiáng)相關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電池內(nèi)部溫度的監(jiān)測(cè)并預(yù)測(cè)電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生。其中在熱失控過(guò)程中內(nèi)部阻抗相移和溫度與時(shí)間的關(guān)系如圖3所示，可以看出在鋰離子電池?zé)崾Э厍捌跍囟鹊淖兓^慢，但是阻抗相移會(huì)出現(xiàn)異常的情況，因此認(rèn)為對(duì)內(nèi)部阻抗的監(jiān)控可以有效地實(shí)現(xiàn)熱失控預(yù)警。
圖3 熱失控過(guò)程中鋰離子電池內(nèi)部阻抗相移和表面溫度變化曲線
不過(guò)考慮到電池內(nèi)阻出現(xiàn)突變并不一定是電池?zé)崾Э厮鶎?dǎo)致，電池受到外界擾動(dòng)從而出現(xiàn)接觸不良等情況也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)阻出現(xiàn)變化，單純用電池內(nèi)阻作為電池?zé)崾Э氐呐卸ㄒ蛩夭⒉缓线m，應(yīng)與其他的參數(shù)共同判斷電池是否出現(xiàn)熱失控進(jìn)而進(jìn)行預(yù)警。
2.3 電 壓
與電池內(nèi)阻相同，電池發(fā)生熱失控時(shí)，電壓也會(huì)發(fā)生異常變化，最終降至0 V。不同的引發(fā)方式電壓的下降的過(guò)程是不一樣的：對(duì)于針刺等機(jī)械濫用引發(fā)通常電池的電壓會(huì)驟降至0 V；對(duì)于過(guò)充等電濫用引發(fā)電池的電壓會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)持續(xù)增加的狀態(tài)，最終到達(dá)峰值后降至0 V；而對(duì)于熱濫用引發(fā)電壓都會(huì)隨著熱失控過(guò)程逐漸降低至0 V。但是實(shí)際上電池的電壓的變化很復(fù)雜且規(guī)律性差，且當(dāng)電壓出現(xiàn)驟降的時(shí)候通常電池已經(jīng)失效，此時(shí)熱失控已經(jīng)發(fā)生。此外除了電池?zé)崾Э兀袝r(shí)電池出現(xiàn)接觸不良的情況也會(huì)使電池電壓突變，若單純用電壓作為預(yù)警的參數(shù)并不一定能及時(shí)起到預(yù)警的作用。
文獻(xiàn)[14]針對(duì)18650圓柱形電池進(jìn)行穿刺試驗(yàn)，探索電池包電壓與電池?zé)崾Э氐年P(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)在穿刺試驗(yàn)中電池包的電壓并無(wú)規(guī)律可循，對(duì)于其他的誘因引發(fā)的熱失控，電壓變化可能更為復(fù)雜，電壓作為電池?zé)崾Э匚ㄒ坏谋碚鲄?shù)并不合適。因而電壓不能作為判定熱失控的唯一參數(shù)。文獻(xiàn)[15]通過(guò)分析不同濫用工況所導(dǎo)致的熱失控，提出了以觸發(fā)機(jī)制為條件的分情況預(yù)警方案，通過(guò)監(jiān)測(cè)電池的溫度、升溫速率及電壓數(shù)據(jù)，代入不同觸發(fā)機(jī)制下的預(yù)警系統(tǒng)模型計(jì)算出將要發(fā)生熱失控的時(shí)間，其預(yù)警步驟如圖4所示。
圖4 預(yù)警系統(tǒng)邏輯運(yùn)算圖
2.4 內(nèi)部壓力
電池?zé)崾Э剡^(guò)程涉及電解液及黏結(jié)劑與正負(fù)極的反應(yīng)和自身的分解反應(yīng)，會(huì)有大量的氣體以及煙霧生成，這些氣體會(huì)導(dǎo)致電池的壓力發(fā)生變化，電池出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象并最終通過(guò)減壓閥將氣體噴出，通過(guò)監(jiān)測(cè)氣體從減壓閥噴出前電池殼壓力的變化也可以做到對(duì)電池的熱失控進(jìn)行預(yù)警。
Raghavan等提出了一種嵌入式可折疊布拉格光纖傳感器的鋰離子電池內(nèi)部狀態(tài)監(jiān)測(cè)方案，其裝置如圖5所示，當(dāng)電池內(nèi)部溫度或壓力發(fā)生變化時(shí)光纖傳感器的折射率發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的折射光波長(zhǎng)也會(huì)變化，通過(guò)對(duì)折射光波長(zhǎng)的測(cè)量可以判斷電池內(nèi)部壓力和溫度的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池?zé)崾Э氐脑缙陬A(yù)警。
圖5 嵌有布拉格光纖傳感器的鋰離子電池裝置
不過(guò)考慮到壓力傳感器一般價(jià)格相對(duì)較高，對(duì)于以監(jiān)測(cè)電池壓力變化作為電池預(yù)警依據(jù)的方式目前還并未商業(yè)化，若想將壓力監(jiān)測(cè)的方式廣泛應(yīng)用于電池預(yù)警中，未來(lái)還需要研發(fā)出價(jià)格成本較低且具有高靈敏度的壓力傳感器。
2.5 特征氣體與煙霧
電池在熱失控過(guò)程中產(chǎn)生CO、H2、HF、各種烴類(lèi)等，這些特征氣體的出現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致周?chē)h(huán)境中該氣體的濃度迅速增高，采用對(duì)應(yīng)的傳感器對(duì)這些氣體以及煙霧進(jìn)行監(jiān)測(cè)也是目前一種很重要的監(jiān)測(cè)手段。
文獻(xiàn)[7]通過(guò)對(duì)不同正極材料的鋰離子電池的熱失控特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)正極材料分別為三元材料、錳酸鋰材料以及磷酸鐵鋰材料的電池，出現(xiàn)著火時(shí)表面測(cè)得的溫度分別僅為56.3 ℃、75.2 ℃以及120.4 ℃，而電池?zé)崾Э卦缙诙紩?huì)產(chǎn)生冒煙的現(xiàn)象，所產(chǎn)生的小分子特征氣體濃度會(huì)由0驟增至幾百甚至幾千毫克每立方米。因而相較于溫度參數(shù)，電池?zé)崾Э厣傻奶卣鳉怏w更適合做預(yù)警的判斷依據(jù)。
文獻(xiàn)[18]公開(kāi)了一種基于氣體監(jiān)測(cè)鋰離子電池組熱失控自動(dòng)報(bào)警器及其監(jiān)測(cè)方法的發(fā)明專(zhuān)利，在該專(zhuān)利中采用氣體傳感器對(duì)H2與CO氣體含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該傳感器測(cè)量范圍在100～1000 ppm（1 ppm=10-6，余同），當(dāng)氣體的濃度在120 ppm時(shí)就會(huì)發(fā)出警報(bào)，該專(zhuān)利進(jìn)一步證實(shí)了氣體監(jiān)測(cè)在鋰離子電池?zé)崾Э仡A(yù)警中的可行性。
文獻(xiàn)[19]對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э剡^(guò)程中生成的氣體進(jìn)行了采樣與分析，其試驗(yàn)過(guò)程中不同溫度下不同氣體體積分?jǐn)?shù)見(jiàn)表2。氣體濃度在泄壓閥爆開(kāi)前一直處于持續(xù)上升的階段，其中CO氣體濃度具有最高的變化率，并且CO的探測(cè)傳感器相比于其他可燃?xì)怏w傳感器具有壽命長(zhǎng)、成本小等特點(diǎn)。由此確定了CO氣體與溫度可以作為電池?zé)崾Э仡A(yù)警的早期信號(hào)，并將其使用在儲(chǔ)能電站的預(yù)警系統(tǒng)中。
表2 氣體采樣結(jié)果分析
文獻(xiàn)[20對(duì)硬殼及軟包磷酸鐵鋰進(jìn)行過(guò)充試驗(yàn)并對(duì)其熱失控產(chǎn)生的氣體進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是硬殼還是軟包磷酸鐵鋰電池，都產(chǎn)生H2、CO、CO2、HCl、HF、SO2、HCN及EX八類(lèi)氣體。在過(guò)充早期，探測(cè)到的氣體是H2、CO、CO2、HCl和HF氣體，而其中H2、CO、CO2濃度變化較為靈敏，HCl和HF的變化次之，從試驗(yàn)中可以看到自試驗(yàn)?zāi)＝M左側(cè)裂開(kāi)后，CO2的濃度最先出現(xiàn)升高，待大約300 s后H2的濃度出現(xiàn)驟增，而后CO的濃度開(kāi)始快速增長(zhǎng)，HF與HCl氣體也在300 s后開(kāi)始增加，盡管產(chǎn)生的氣體濃度約小于H2、CO以及CO2濃度兩個(gè)數(shù)量級(jí)，但是仍可以達(dá)到探測(cè)器的量程。因而作者提出了將H2、CO以及CO2作為一級(jí)預(yù)警，而將HCl和HF作為二級(jí)預(yù)警的預(yù)警方式。
不過(guò)考慮到可燃?xì)怏w探測(cè)器及煙霧探測(cè)器的靈敏度并不一定可以監(jiān)測(cè)到所產(chǎn)生的氣體及煙霧，對(duì)于目前的預(yù)警系統(tǒng)，為了提高預(yù)警的成功率，會(huì)考慮采用針對(duì)多種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)共同判斷熱失控的出現(xiàn)。文獻(xiàn)[21]進(jìn)行的鋰離子熱失控試驗(yàn)分析了熱失控過(guò)程中的煙氣以及起火燃燒的特點(diǎn)，并針對(duì)性地設(shè)計(jì)了鋰離子電池安全預(yù)警防護(hù)系統(tǒng)，其使用的監(jiān)測(cè)單元由放置在電池箱內(nèi)部的溫度傳感器、在電池箱頂部的煙氣傳感器以及在電池箱四周的火焰?zhèn)鞲衅鹘M成，通過(guò)檢測(cè)電池箱內(nèi)溫度與煙氣對(duì)熱失控進(jìn)行預(yù)警。文獻(xiàn)[22]的預(yù)警系統(tǒng)專(zhuān)利中，對(duì)充放電電壓、電流、電池溫度、電池模組包內(nèi)的壓力以及電池包內(nèi)煙霧等多個(gè)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控，從而更準(zhǔn)確地進(jìn)行熱失控的預(yù)警。
除去采用特殊氣體以及煙霧傳感器監(jiān)測(cè)電池?zé)崾Э氐某霈F(xiàn)，鄧哲等提出的超聲技術(shù)也可以監(jiān)測(cè)電池氣體的生成以及熱失控的發(fā)生。超聲波對(duì)氣體十分敏感，當(dāng)電池因熱失控開(kāi)始產(chǎn)生氣體后，在氣液界面會(huì)發(fā)生反射而無(wú)法穿透電池，通過(guò)超聲信號(hào)產(chǎn)生的變化來(lái)確定氣體的生成?？紤]到超聲信號(hào)可以在氣體生成初期發(fā)揮其監(jiān)測(cè)的功能，而傳感器需要?dú)怏w生產(chǎn)一定量并逸出電池才可以監(jiān)測(cè)到信號(hào)，該方法可以考慮為未來(lái)監(jiān)測(cè)電池是否發(fā)生熱失控的有效手段。
3 結(jié) 語(yǔ)
本文結(jié)合了熱失控相關(guān)知識(shí)，將電池的溫度、電壓、內(nèi)阻、壓力以及釋放出來(lái)的特征氣體作為特征參數(shù)，由此入手對(duì)現(xiàn)有預(yù)警方法及預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展做出了分析與展望。
對(duì)于以溫度作為主要特征參數(shù)的預(yù)警系統(tǒng)，過(guò)去多采用的熱電偶或傳感器直接測(cè)量表面溫度具有一定的誤差。目前已經(jīng)有專(zhuān)家學(xué)者考慮用紅外探測(cè)或內(nèi)置傳感器等方式提升所測(cè)溫度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，未來(lái)可以采用精準(zhǔn)度更高的測(cè)溫方式以及使用耐高溫高精準(zhǔn)度的內(nèi)置溫度傳感器對(duì)電池溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，精準(zhǔn)度應(yīng)至少高于現(xiàn)有精準(zhǔn)度標(biāo)準(zhǔn)的最高要求，此外可以將電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與電池溫度預(yù)測(cè)技術(shù)相結(jié)合，以獲得更準(zhǔn)確的電池溫度數(shù)據(jù)。
對(duì)于電壓、電阻等與電池本體性質(zhì)相關(guān)的參數(shù)，考慮到不只是熱失控會(huì)導(dǎo)致這類(lèi)參數(shù)的變化，接觸不良等情況也會(huì)導(dǎo)致其參數(shù)的變化，目前主要還是將其作為輔助的判斷依據(jù)。不過(guò)隨著電池封裝、成組等技術(shù)的不斷完善，其他原因?qū)е码妷骸㈦娮璁惓５目赡苄栽诓粩嘟档?，其在電池預(yù)警的判斷上也會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
對(duì)于以壓力作為主要參數(shù)的預(yù)警方法，成本問(wèn)題以及傳感器靈敏度問(wèn)題是制約其發(fā)展的主要原因，而且通常不會(huì)只將壓力作為唯一的考量參數(shù)。預(yù)警系統(tǒng)若是想將壓力作為熱失控的判斷依據(jù)，未來(lái)還需降低壓力傳感器的成本并提升傳感器的靈敏度。
對(duì)于以特征氣體以及煙霧作為主要特征參數(shù)的預(yù)警方法，該方法目前在不同的預(yù)警方法及預(yù)警系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。未來(lái)仍需要?dú)怏w傳感器精準(zhǔn)度應(yīng)優(yōu)于現(xiàn)有0.05精度等級(jí)的氣體傳感器，以提高預(yù)警的準(zhǔn)確性及靈敏度，超聲及紅外等手段對(duì)特征氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)在未來(lái)也有很好的前景。
目前的預(yù)警系統(tǒng)多是通過(guò)監(jiān)測(cè)溫度、煙氣參數(shù)并結(jié)合電壓、電流、內(nèi)阻等參數(shù)對(duì)熱失控的出現(xiàn)進(jìn)行預(yù)警，以多個(gè)參數(shù)進(jìn)行預(yù)警可以有效地提升預(yù)警系統(tǒng)的可靠性，降低其誤報(bào)率。未來(lái)還需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上研發(fā)更靈敏可靠的傳感器并降低其成本，與此同時(shí)探索是否還有更有效的預(yù)警手段，從而可以進(jìn)一步提升鋰離子電池系統(tǒng)的安全性和可靠性。
引用本文： 賴(lài)銥麟,楊 凱,劉 皓等.鋰離子電池安全預(yù)警方法綜述[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2020,09(06):1926-1932. LAI Yilin,YANG Kai,LIU Hao,et al.Lithium-ion battery safety warning methods review[J].Energy Storage Science and Technology,2020,09(06):1926-1932.
第一作者：賴(lài)銥麟（1996—），男，工程師，研究方向?yàn)殇囯x子電池儲(chǔ)能及安全，E-mail：benson771845941@163.com；
通訊作者：楊凱，教授級(jí)高工，研究方向?yàn)榇笠?guī)模儲(chǔ)能技術(shù)及電池安全。E-mail：yangkai@epri.sgcc.com.cn。
