对锂离子电池的安全性评判

近年来多起电动汽车着火事件的曝光，使得人们对电动汽车尤其是是锂离子电池的安全性问题越来越关注。当然这不是说电动汽车的安全性就很差，普通汽油车也容易发生起火事件，特别是夏天，只要留心就会发现汽油车的自燃事件发生也不在少数，但是我们也希望能从锂离子电池安全设计上避免类似的事故发生，毕竟人的安全是大于一切的，就如同那句话说的"人是万物的尺度"。

目前我们对锂离子电池安全性的评判还停留在一个较为初级的阶段，判断标准比较模糊，只能判断电池危险程度的几个明显的点，但实际上锂离子电池从完全安全状态转变到完全危险的状态是一个连续变化的曲线，也就是说现在的评判体系无法判断两个状态之间的电池安全状态，这就形成了一个电池安全状态的盲区，因此对锂离子电池的安全性评判函数化、数字化就显得尤为重要，特别是对于动力电池在电动汽车上的应用有着重要的意义。

目前针对锂离子电池安全性常用的标准为欧洲汽车研究发展理事会制定的危害等级分类。该危险级别分类表将电池风险等级共分为0-7八个级别，级别越高电池越危险。

例如6级表明电池发生起火但未发生爆炸，而最高的7级表明电池不仅发生了起火，还发生了危险的爆炸。为了保证操作人员的安全，需要将危险级别控制在4以内，也就是说电池不发生破裂、起火和爆炸。

首先我们要树立一个概念，安全性与滥用是相对立的，增加滥用强度，则必然降低电池系统的安全性。目前大多数针对锂离子电池安全性描述，都是基于经验的总结，缺乏数字性质的准确描述。

为了将电池风险数字化，Ashtiani发明的风险模式和风险分析(HMRMA)模型，该模型主要由两个中要参数组成风险严重程度Hs和风险概率HL。

其中Hs值为0-7代表风险的严重程度，HL值为1-10表示风险发生的可能性，代表每100万件样品中发生风险的数量。为了降低风险HR的值，可以选择降低Hs或者HL，或者我们也可以引入一个新的变量风险控制Hc，因此上式就可以转变为，其中Hc的值的范围为0-1，完全不控制Hc为1，完全控制则Hc为0。

电池的风险随着电池的使用状态是在不断的发生变化的，为了体现这种变化，Lu等基于电池电压和使用温度探讨了电池使用安全性问题，并引入了功能状态函数SOF，该函数主要有电池充电状态SOC和电池安全状态SOH，以及电池的输出功率有关。

其中P(t)为电池输出的瞬时功率，Pd为瞬时需求功率，Pmax为电池全新状态时最大输出功率。其中P(t)=Pmax·SOC(t)·SOH(t)，其中SOH(t)可以根据电压的值来确定，如下式所示，其中V(t)为瞬时输出电压，Vd为负载最小需求电压，Vlim为电池全新状态时搭载负载最小出输出电压。

该系统能在铅酸电池上良好运行主要依赖于铅酸电池SOC与电压之间良好的线性关系，但是对于锂离子电池SOC与电压之间并不是完全的线性关系，因此需要做适当的修正。

本文上篇的内容主要介绍了一些目前学者们针对锂离子电池安全性模型的研究成果，下篇将结合18650电池的安全实验数据，介绍推导和使用电池安全性模型方法。