為保障新能源汽車健康發(fā)展,其中動力電池的安全性至關重要。6月5日，北京交通大學教授姜久春做客聯(lián)盟第6期微課堂，帶來了“動力電池健康診斷技術”的精彩課程。

 

       一、研究背景

 

       2019年以來電動汽車自燃起火事故仍然頻發(fā)。據不完全統(tǒng)計，截至2019年1-7月，國內外媒體所報道的與動力電池相關的電動汽車安全事故達到40余起；2020年4-5月也是發(fā)生了多起電動汽車自燃起火事故。姜久春表示，從電池材料體系來看，相當多的事故車輛配備了三元鋰離子電池。從電池形狀來看，較多的事故來自于方殼電池。另據發(fā)現(xiàn)，事故發(fā)生時電動汽車處于停置、行駛和充電這三種狀態(tài)的比例基本相當。高比能量密度電池在提高車輛續(xù)航里程的同時也加劇了電動汽車電池相關的安全事故。

       可以說新能源汽車作為國家七大戰(zhàn)略新興產業(yè)之一，國家從“十五”、“十一五”、“十二五”、“十三五”規(guī)劃中對新能源汽車的相關發(fā)展規(guī)模均有詳細的政策出臺，尤其是進入“十三五”以來，國家加大推動新能源汽車的發(fā)展，并就動力電池的檢測、回收等，亦出臺了相關的政策法規(guī)。這些對規(guī)范動力電池行業(yè)有序發(fā)展起到重要作用，不過姜久春強調，整體來看這些政策法規(guī)多聚焦行業(yè)準入及電池回收，偏向于管頭管尾，但有關動力電池在用過程的法規(guī)標準卻較少。

       他指出，從動力電池安全事故原因分析來看，造成電池熱失控的原因主要是內外短路發(fā)生時釋放出的大量熱量使得電池溫度急劇升高，誘發(fā)熱失控鏈式反應。對于漸變發(fā)展的內短路，可依據電-熱特征在演變的初、中期進行識別，從而可以避免內短路發(fā)展到末期。總而言之，動力電池健康狀態(tài)診斷至關重要，受溫度場分布不均、電池位置不同等因素共同影響，同一電池組內串聯(lián)電池的健康狀態(tài)和安全性不同，因此需要對每一個電池的健康狀態(tài)進行診斷，以保證電池使用安全。

       二、磷酸鐵鋰電池&三元電池健康狀態(tài)診斷以及鋰離子電池安全預警策略

 

       首先重點講解了磷酸鐵鋰電池老化機制分析方法，指出鋰離子電池常見的老化機制有： 鋰離子損失、活性材料損失 、正極材料損失、負極材料損失。另外，每一種老化機制在電壓曲線(V-Q)上都有一種特定的變化; 容量增量分析法的基本原理是將鋰離子電池常用的電壓曲線進行微分，來獲得容量增量和端電壓的關系：容量增量分析法最重要的一個優(yōu)勢就是將電池V-Q曲線上長且平坦的電壓平臺轉變?yōu)橐妆孀R的容量增量峰。因此，在容量增量曲線上可以觀察到V-Q曲線的微小變化并有助于對電池老化機理的識別。

       其次著重講解了三元電池老化機制分析。其中指出鋰離子電池不同SOC區(qū)間循環(huán)下衰減機理：電池在20%深度的分區(qū)間循環(huán)時，LLI是導致電池容量衰退的主導因素；在全區(qū)間循環(huán)電池的老化過程中LAMPE和LLI都占據了較高的比例；五個分區(qū)間循環(huán)相比， LAMPE在電池老化中占比在 0-20%SOC區(qū)間最大。

       關于鋰離子電池安全預警策略，他分析指出，從串聯(lián)電池組內各單體電池恒流充電電壓曲線上提取多個反映內部老化機理的特征參數(shù)，采用基于電池組一致性的電池單體離群檢測方法可快速篩選問題電池。另外他重點講解了基于特征參數(shù)演變軌跡拐點的電池容量跳水識別。

       三、總結

       從循環(huán)壽命比較上來看，磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命長，未出現(xiàn)容量加速衰退拐點； 三元電池循環(huán)壽命相對較短，出現(xiàn)了容量加速衰退的拐點。由電池老化帶來的電池故障主要有：電池老化不一致，個別電池出現(xiàn)安全風險； 電池出現(xiàn)容量加速衰退拐點。對應的電池安全預警策略則包括基于離群點檢測的安全預警方法（橫向對比）以及基于特征參數(shù)演變軌跡拐點的電池容量跳水識別（縱向對比）。