动力锂电池安全健康诊断技术

为保障新能源汽车健康发展,其中动力锂电池的安全性至关重要。六月五日，北京交通大学教授姜久春做客联盟第6期微课堂，带来了动力锂电池健康诊断技术的精彩课程。

一、研究背景

2019年以来电动汽车自燃起火事故仍然频发。据不完全统计，截至2019年1-七月，国内外媒体所报道的和动力锂电池相关的电动汽车安全事故达到40余起；2020年4-五月也是发生了多起电动汽车自燃起火事故。姜久春表示，从电池材料体系来看，相当多的事故车辆配备了三元锂电池。从电池形状来看，较多的事故来自于方壳电池。另据发现，事故发生时电动汽车处于停置、行驶和充电这三种状态的比例基本相当。高比能量密度电池在提高车辆续航里程的同时也加剧了电动汽车电池相关的安全事故。

可以说新能源汽车作为国家七大战略新兴产业之一，国家从十五、十一五、十二五、十三五规划中对新能源汽车的相关发展规模均有详细的政策出台，尤其是进入十三五以来，国家加大推动新能源汽车的发展，并就动力锂电池的检测、回收等，亦出台了相关的政策法规。这些对规范动力锂电池行业有序发展起到重要用途，不过姜久春强调，整体来看这些政策法规多聚焦行业准入及电池回收，偏向于管头管尾，但有关动力锂电池在用过程的法规标准却较少。

他指出，从动力锂电池安全事故原因分析来看，造成电池热失控的原因重要是内外短路发生时释放出的大量热量使得电池温度急剧升高，诱发热失控链式反应。关于渐变发展的内短路，可依据电-热特点在演变的初、中期进行识别，从而可以防止内短路发展到末期。总而言之，动力锂电池健康状态诊断至关重要，受温度场分布不均、电池位置不同等因素共同影响，同一电池组内串联电池的健康状态和安全性不同，因此要对每一个电池的健康状态进行诊断，以保证电池使用安全。

二、磷酸铁锂电池&三元电池健康状态诊断以及锂电池安全预警策略

首先重点讲解了磷酸铁锂电池老化机制分析方法，指出锂电池常见的老化机制有：锂离子损失、活性材料损失、正极材料损失、负极材料损失。另外，每一种老化机制在电压曲线(V-Q)上都有一种特定的变化;容量增量分析法的基本原理是将锂电池常用的电压曲线进行微分，来获得容量增量和端电压的关系：容量增量分析法最重要的一个优势就是将电池V-Q曲线上长且平坦的电压平台转变为易辨识的容量增量峰。因此，在容量增量曲线上可以观察到V-Q曲线的微小变化并有助于对电池老化机理的识别。

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其次着重讲解了三元电池老化机制分析。其中指出锂电池不同SOC区间循环下衰减机理：电池在20%深度的分区间循环时，LLI是导致电池容量衰退的主导因素；在全区间循环电池的老化过程中LAMPE和LLI都占据了较高的比例；五个分区间循环相比，LAMPE在电池老化中占比在0-20%SOC区间最大。

有关锂电池安全预警策略，他分析指出，从串联电池组内各单体电池恒流充电电压曲线上提取多个反映内部老化机理的特点参数，采用基于电池组一致性的电池单体离群检测方法可快速筛选问题电池。另外他重点讲解了基于特点参数演变轨迹拐点的电池容量跳水识别。

三、总结从循环寿命比较上来看，磷酸铁锂电池循环寿命长，未出现容量加速衰退拐点；三元电池循环寿命相对较短，出现了容量加速衰退的拐点。由电池老化带来的电池故障重要有：电池老化不一致，个别电池出现安全风险；电池出现容量加速衰退拐点。对应的电池安全预警策略则包括基于离群点检测的安全预警方法（横向比较）以及基于特点参数演变轨迹拐点的电池容量跳水识别（纵向比较）。