通过三相电池测试在危险出现之前发现损坏

通过三相电池测试在危险出现之前发现损坏

媒体很快就报道了锂离子电池的事故。与电池化学成分较旧的事故相比，发生故障的锂离子电池受到的关注更高。电动悬浮滑板因电池起火而被召回；2006 年，索尼召回笔记本电脑电池，2012/2013 年，波音 787 梦想飞机因重新设计电池外壳以抵御火灾而停飞。这些灾难发生在电池通过 UL 安全测试之后；现场使用中出现了不稳定性。随着锂离子电池的普及，并且不知道它们何时以及如何耗尽，安全问题必须作为从工作到退休的一部分来解决。

锂离子是安全的，但在数以百万计的工业和消费应用中，会发生故障。索尼召回是 200,000 分之一的故障，原因是微小的金属颗粒与电池中的其他部件接触，导致短路。电池制造商努力尽量减少此类颗粒的存在；然而，装配技术使消除灰尘成为一项挑战。具有 21µm（21 千分之一毫米）超薄隔膜的现代电池比具有较重隔膜和较低 Ah 额定值的旧设计更容易受到杂质的影响。虽然 18650 封装中的经典 1,350mAh 电池可以承受指甲穿透；执行相同测试时，能量密集的 3,400mAh 会变成烟花。

电池故障有两种基本类型。一个是千万分之一的事件涉及可能导致召回的制造缺陷。更难的失败是像被流星击中这样的随机事件。这种故障并不表示设计缺陷，但可能与压力有关，例如在低于冰点的温度下充电、受热或过度振动。一些应用程序过度强调电池和业余爱好的小工具，悬浮滑板和无人机就是例子。一个类比是将增强型跑车发动机装入重型卡车。小型发动机不会持续使用；错误选择的锂离子电池也不会。

大多数导致解体的电池故障都是从轻微的电气短路开始的，这种短路不会引起注意。这可能是一个不均匀的分离器，带有干燥区域，导致导电性差并形成热点。在低温下快速充电会促进枝晶形成，因此将锂离子电池以低于 1.5V/电池的电压存储超过一周也会促进枝晶形成。压力事件会促进自放电，从而导致破坏性故障。

令锂离子电池制造商和用户特别沮丧的是没有意识到即将发生的故障。电池正常工作是因为内部应力被掩盖了。这类似于钢梁在反复重载下突然断裂。承重有据可查，故障点已知，但由于金属疲劳或结构故障，随机缺陷仍然会发生。一旦损坏，损坏是有限的，不能倒带重玩。损坏的电池也会发生这种情况；然而，有一个早期预测：自放电升高。

随着电池状况的恶化，自放电会增加，这会在电极之间发展成相当大的电流。类似于在有故障的水坝中看似无害的漏水可能会发展成洪流并摧毁结构，因此高自放电也会积聚热量并损坏分离器，从而导致电气短路。温度将迅速达到 500°C (932°F)，此时电池会着火或爆炸。发生的热失控被称为“带火焰排气；“快速拆卸”是电池行业的首选术语。

德国慕尼黑工业大学通过应用深度放电并将它们储存在短路条件下来强调锂离子电池。图 1 展示了一个新的锂离子电池的自放电，一个经历了强制深度放电，一个电池完全放电，短路 14 天，然后再充电。在正常使用中，BMS 和保护电路会防止此类情况发生。

概括

据称，从 2014 年到 2019 年，锂离子电池的复合增长率为每年 22%。电池越来越大，俗话说，“小孩子，小问题；大孩子，大问题。” 由于妈妈和爸爸需要提高他们对家中青少年的育儿技巧，因此与过去的小电池组相比，更大的锂离子电池也需要更好的诊断和更严格的安全法规。

“大型锂离子系统在不同环境条件下将如何老化？” 是一个悬而未决的问题。经过多年的努力，他们会平静地死去还是轰轰烈烈地结束生命？Cadex 正在通过开发包含安全检查的 BMS、充电器和分析仪来研究从工作到退休的情况。其基础是三极电池测试，揭示了容量、内阻和自放电等关键电池功能，这些功能与运行时间、功率和安全性有关。

电池平衡也非常重要，许多 SMBus 电池都可以读取该读数。串联电池的容量应在 +/-2.5% 以内。具有良好匹配电池的电池比那些变得不均匀的电池性能更好，寿命更长。如果电池失去平衡，请小心识别电池，提供额外的安全检查，并提示由于性能降低而导致寿命终止。

电池服务和测试设备将很快通过无线连接与云端通信，使电池健康状态对用户透明。这样的系统将允许操作员在预算时间简单地调用所有容量低的电池组进行更换。由于每个包装的健康状况都是已知的，因此获取此信息可降低运营风险。这使得每块电池都具有完整的使用寿命，降低了运营成本并保护了环境，因为过早丢弃的电池组更少了。了解电池 SoH 还可以减少维修次数，因为电池是许多故障的原因。