手电筒锂电池定制-美安时

在实际充放电复杂的工作条件下，锂离子电池在电池能量管理系统的作用下可以尽可能正常运行，但机械滥用、电滥用和热滥用仍然发生在过充、过放、过热等特殊情况下，导致电池性能快速下降，进而导致电池短路，最终导致热失控和安全问题。

本文从内部短路原理、诱导实验方法、内部短路识别方法和预防抑制措施四个方面进行了系统研究，为锂离子电池中的短路识别方法和预防措施提供了思路，为锂离子电池的安全保护和应用提供了参考。

1内短路机理研究

内部短路触发条件可分为三种:机械滥用、电滥用和热滥用，如图1所示。其中，机械滥用是指机械变形和隔膜部分破裂，通过针刺和挤压触发电池内部短路；电滥用是导致电池沉淀锂和枝晶生长，电池正负极部分通过隔膜孔连接，导致电池内短路；热滥用是指隔膜在高温下大规模收缩崩溃，导致电池内短路。锂离子电池短路时，会产生大电流和大量局部热量，最终导致热失控。

在电池的全生命周期范围内存在内短路，可将其发展演化过程分为初期、中期和末期，如表1所示。

在内短路初期，由于内短路导致的电压下降缓慢，同时产生的热量可以及时被冷却系统驱散，电池温度没有明显变化。这个阶段持续时间长，不容易被发现；在内短路中期，电压明显下降，产生的热量不能及时消散，导致热量积累。电池温度明显升高。这个阶段持续时间短，特点明显，容易识别；在内短路末期，电池大面积短路导致电池电压降至0V，瞬间产生大量热量，导致电池热失控。这个阶段的持续时间极短，无法阻断。内短路程度显示。

2内短路诱发实验方法

目前锂离子电池短路诱发的实验方法主要分为三类:滥用条件法、人工设计内部缺陷法和等效电阻法。目前，对锂离子电池中几种短路诱发的实验方法的触发机制和优缺点的分析统计如表。

三内短路识别方法分析

为了避免内短路发展到最后阶段不可阻挡的热失控，研究人员长期致力于准确识别锂电池初始冲击时的短路方法。现将目前的内短路识别方法总结为以下五类:

1)实测数据偏差识别方法:该方法需要建立可靠的电池状态预测模型，然后比较分析电池充放电过程中电压、温度等参数的实时实测值和模型预测值。如果计算偏差超过允许误差的范围，则判断电池内部短路。由于电池电压、温度等特征参数在短路初期变化不明显，该方法对短路初期的识别效果有限，无法识别并联电池组的短路。

2)电压信号异常识别方法:该方法基于陶瓷隔膜电池短路时电压异常突然下降回升的原理。通过检测电池充放电过程中电压信号是否存在电压突然下降回升异常，一旦检测到异常现象，就可以判断电池内部短路。由于只有涂有多孔保护材料的电池隔膜电池出现内部短路时，才会出现电压突然下降回升异常，因此该方法只能识别特定电池类型的串联电池组中的短路，具有很大的局限性。

3)电池自放电识别方法:电池内短路必然会导致超出正常范围的自放电过程。通过静置前后的电压对比和标杆恒压源的检测方法，可以检测电池是否存在异常自放电过程。如果存在，可以判断电池内部短路。由于所有这些方法都需要静置电池，并且电池需要处于非工作状态，因此该方法不能实时识别和识别并联电池组的内部短路。

4)电池一致性识别方法:根据电池单体一致性的假设，如果某个电池单体参数严重偏离其他单体的正常参数，破坏了电池的整体一致性，则判断该电池单体内短路是由于电池电压、容量等特征参数在内短路初期变化不明显，该方法对初期短路的识别效果有限，无法识别并联电池组的内短路。

5)特殊电路识别方法:通过检测对称环形电路拓扑结构中的电压、电流等参数，如果发现电路参数对称性发生变化，可以准确判断电池单体内短路的位置。该方法解决了并联情况下电池组内短路的高精度识别和电阻估计，但存在检测设备成本高、影响电池动态一致性等问题。

4内短路抑制措施

一般来说，电池短路可以分为两类:电池材料和工艺以及电池设计和使用。从以上两个方面总结出如下抑制和防止内部短路的方法:

4.1电池材料及工艺方面

主要通过隔膜材料和电解液材料的改进，正负极涂层，改进生产工艺，减少生产缺陷等几个方面进行。

通过使用耐高温、自放电率低的陶瓷隔膜、阻燃电解液或离子液体电解质，可以有效抑制枝晶生长，降低内短路风险。低导电涂层或正温度系数材料通过在电池单体的集流体或正负极上涂覆，可以有效降低电池内短路时的短路电流和产热能力，从而降低电池热失控的概率。优化电池电池、隔膜等材料的生产工艺和杂质去除工艺，有效过滤金属杂质，防止金属杂质与电解液产生不可逆副作用，同时降低金属颗粒刺穿隔膜导致内短路的风险。此外，还可以避免先在电池内短路测试验的风险。

4.2电池设计的使用方面

在电池软件设计方面，通过BMS设置合理的电池预警和电池安全控制策略，可以实时监控电池的单体状态，及时检测短路电池的单体位置，及时消除安全隐患。通过电池充放电冗余和均衡设计，可以降低电池高负荷导致短路的风险。

在电池硬件设计方面，将电池保险丝分层细化为单个电池保险丝、模块保险丝、电池保险丝、车辆用电负荷保险丝等。通过分层管理，可以及时切断内部短路电池的单个电路，防止内部短路的可持续发展。合理设计电池内部冷却系统，增加导热能力，防止过热导致的正负极、电解液和隔膜分解反应导致的热失控。合理设计电池内部加热系统，在低温充电时将电池预热至合适的工作温度，避免因低温充电导致枝晶刺破隔膜而导致的热失控。