锂离子电池内部温度和热失控快速检测方法——交流内阻法.PDF

锂离子电池内部温度及热失控快速检测方法——交流内阻法 链接：/tech/130126.html 来源：新能源Leander 锂离子电池内部温度及热失控快速检测方法——交流内阻法 随着电动汽车的大规模普及，我们看到和接触到电动汽车的机会也越来越多，但是很多人仍然对于锂离子电池的安 全性抱有怀疑的态度，其实经过多年的技术发展，锂离子电池本身的安全性已经得到了很大的提升，其次电池包安全 管理系统，例如热失控预警系统，快速灭火装置等近年来都取得了长足的发展，即便是锂离子电池发生安全事故，也 能够提前预警，灭火剂压制热失控蔓延，为车内乘客逃生争取到足够的时间，确保乘客的人身和财产安全。 锂离子电池的热失控原因可以分为两大类：1）外部原因，例如过充、外部短路、加热和机械滥用等；2）内部原因 ，例如内部的缺陷（如金属杂质等），正负极材料在循环中的衰降等。引起锂离子电池热失控的外部原因的监控比较 简单，例如监测电压、监测电池表面温度等，但是监测锂离子电池内部原因则比较困难。近日美国约翰普金斯应用物 析锂离子电池内部温度的变化，在早期对锂离子电池热失控进行预警，Rengaswamy 池的容量关系较小，但是与电池温度具有很强的相关性，因此可以通过监测夹角j的变化实现对锂离子电池内部温度 的实时监测，从而在热失控发生前进行预警。 上图为一个典型的锂离子电池的交流阻抗图谱，锂离子电池的交流阻抗主要包含两部分：实数部分Z’和虚数部分 Z’’。为了便于分析，作者将阻抗的实数部分和虚数部分整合成为了两个部分：即振幅Z=（Z’2+Z’’2）1/2，以 锂离子电池内部温度及热失控快速检测方法——交流内阻法 链接：/tech/130126.html 来源：新能源Leander 池越大Z越小，而夹角j则与电池的尺寸关系不大。这也就是说即便是两个大小尺寸不同的电池，虽然Z值差距较大， 但是夹角j仍然具有可比性。 实验中采用的电池为两个型号，分别是来自日本汤浅的50Ah电池和来自波士顿电池的5300型5.3Ah电池，下图为两 种电池的交流阻抗图（50%SoC），从图中能够看到阻抗的实数部分Z’和虚数部分Z’’都与锂离子电池的容量有明 显的相关性，而夹角j则与电池的容量相关性很小，但是与温度相关性很大，电池温度变化50℃，夹角j变化可达到20 度，因此很好的提高了通过观测夹角j测量电池内部温度的分辨率，同时经过多年的技术进步，我们现在能够用很低 廉的成本对锂离子电池阻抗夹角j进行高分辨率（10-3）测量，因此监测夹角j的变化是监测锂离子电池内部温度变化 的有效方法。 下图为LG的3Ah18650电池通过外部加热带加热诱发热失控过程中的监测数据，从图中能够看到开始加热前，电池 40s加热后电池温度达到117℃，夹角j也升高到了-0.79度，此时电池并没有发生热失控。又经过55s后，电池温度进一 步升高到了128℃（电池表面温度），夹角j也迅速降低到-2.9度，表明此时电池内部的温度开始有所降低（这可能是 内部隔膜开始融化吸收了部分热量）。随后60s左右电池发生泄漏和喷发，电池外表温度持续升高，而此时夹角j却在 不断降低，表明由于电池气体泄漏带走了部分热量，引起电池内部温度下降，但是尽管电池内部温度在持续变化，在 电池表面温度上完全没有体现出来，而锂离子电池的电压在电池泄漏喷发之前则几乎没有波动，这表明相对于监测锂 离子电池的表面温度和电压，监测夹角j是一个更为有效的预警锂离子电池热失控方法。 锂离子电池内部温度及热失控快速检测方法——交流内阻法 链接：/tech/130126.html 来源：新能源Leander 长久以来监测锂离子电池内部温度的变化就是一件非常具有挑战性的事情，为了监测锂离子电池内部的温度人们也 相出了非常多的方法，例如我们之前曾经报道过的电池内部置入光纤的方式对电池的SoC和温度等状态进行监控（为 锂离子电池装上智慧眼睛），也有通过模型方法对锂离子电池内部的温度