锂离子电池内部短路实验方法的比较
锂电池内部微短路控制方法
锂电池内部微短路控制方法1锂电池内部微短路成因分析2006年，锂电池巨头索尼公司的锂电池造成数起戴尔牌笔记本电脑爆炸起火，引起美、日官方的重視。
稍后，尽管采用了非常安全的A123磷酸铁锂电池，美国的丰田普锐斯混合动力汽车经第三方改装后在行驶时烧毁。
2011年，在杭州、上海及深圳都有新能源出租车及大巴烧毁事件。
显然，即使采用锂电池家族中最安全的磷酸铁锂体系，依然无法避免安全事故的发生。
从化学原理上进行分析，锂电池的安全性比汽油还差。
汽油储存在密闭的金属容器内，如果不同时发生泄漏（汽油和空气接触）和遇到明火（或者火星，引发作用）这两个条件，是非常安全的；而锂电池的能量则储存于一层薄薄的隔膜两侧，氧化剂（正极活性物质）、还原剂（负极活性物质）在发生内部短路（引发作用）的情况下，将同时发生剧烈的化学反应和电化学反应，急剧发热，并可能起火、燃烧、爆炸，对于有机溶剂体系的锂电池来说就更容易燃烧一些。
在锂电池的众多失效模式中，单体电池内部短路无疑危害最大，最难以预测和分析，没有办法通过外部控制电路来进行保护。
内部短路造成的高温、高阻、还很容易造成电池组的连锁反应。
目前广泛认为单体电池内部短路的原因可能有：1）吸附在隔膜表面或者单体电池壳体顶部、底部的粉尘。
制造环境、工艺控制不良的情况下，会形成大量的正/负极片粉尘和焊接引起的金属粉尘，并通过静电作用吸附在隔膜表面。
极片本身不够光滑，粉体粘结强度不够，本身也会造成这种问题。
2）卷绕/叠片时形成的正/负极片错位。
3）金属焊点、极片边缘有毛刺。
4）隔膜两侧形成锂枝晶，由于不均匀反应造成的局部电化学反应或过充电而形成锂枝晶。
5）电解液分布不均匀造成正/负极片利用率不一致。
6）材料本身的问题。
材料纯度不高、与电解液相容性不好、正极金属材料不耐高电压、负极金属材料与锂形成合金，都可能形成杂质沉积或锂枝晶。
7）外部因素。
外部机械力的作用导致单体电池壳体变形并进而导致隔膜移位、破损，外界温度过高导致隔膜过度收缩、破损，过充电、强制放电造成单体电池内部形成锂枝晶，都可能造成内部短路。
锂离子电池内部短路检测方法及检测判据设置,验证方法
一、引言锂离子电池作为目前电动汽车和移动设备中最常用的电池类型，其内部短路的检测方法和判据设置以及验证方法变得尤为重要。
因为内部短路是锂离子电池容易发生的安全隐患之一，一旦发生内部短路，有可能导致电池过热甚至爆炸，对人身和财产造成极大的危害。
本文将重点围绕锂离子电池内部短路检测方法及检测判据设置、验证方法展开探讨。
二、锂离子电池内部短路的检测方法1. 电压法锂离子电池内部短路的检测方法之一是电压法，这是一种常用的检测方法。
该方法利用电池内部短路后，短路处电荷传输路径的突变，导致器件之间的电压失衡，从而可以通过监测电池端子的电压来判断是否存在内部短路。
2. 温度法温度法是另一种用于检测锂离子电池内部短路的方法。
内部短路会使得电池局部温度升高，通过监测电池表面或内部的温度变化，可以对电池是否存在内部短路进行判断。
3. 等效电路法等效电路法是一种比较先进的内部短路检测方法，它通过对锂离子电池建立等效电路模型，分析电路参数的变化，来判断是否存在内部短路。
这种方法需要在电池管理系统中进行复杂的算法处理，但可以提供更精准的内部短路检测结果。
三、锂离子电池内部短路的检测判据设置1. 电压突变电压突变是判断锂离子电池内部短路的重要判据之一。
当电池内部出现短路时，电池端子之间的电压会迅速发生变化，可以通过设定电压突变的阈值来进行内部短路的判定。
2. 温升速率温升速率也是判断内部短路的重要指标之一。
内部短路会导致电池局部温度迅速升高，设定合理的温升速率阈值，可以对内部短路进行及时准确的判断。
3. 等效电路参数变化对于等效电路法进行内部短路检测的情况，需要设定好电路参数变化的阈值，以便及时发现内部短路并进行判断。
四、锂离子电池内部短路的验证方法1. 循环充放电测试循环充放电测试是一种常用的锂离子电池内部短路验证方法。
通过对电池进行多次充放电循环，观察电池的性能变化，可以对内部短路进行验证。
2. 电化学阻抗谱分析电化学阻抗谱分析是一种高精度的内部短路验证方法，它可以通过对电池进行交流电信号的响应分析，来判断电池内部是否存在短路。
锂离子电池内外部短路的原因和结果
锂离子电池内外部短路的原因和结果1. 引言锂离子电池被广泛应用于移动电子设备、电动车和储能系统等领域。
然而，由于锂离子电池内外部的短路问题可能导致严重后果，因此研究锂离子电池内外部短路的原因和结果具有重要意义。
本文将对锂离子电池内外部短路的原因和结果进行全面详细且深入的分析。
2. 锂离子电池内部短路原因锂离子电池内部短路是由于正负极之间发生直接的电极材料接触或辅助电解质的泄漏等问题引起的。
以下是一些导致锂离子电池内部短路的常见原因：2.1. 电解质液泄漏锂离子电池的电解质液起到导电和离子传输的作用，但如果电解质液泄漏，它可能会导致正负极电极直接接触，从而形成内部短路。
2.2. 极片碎片在锂离子电池的正负极中，有时会出现极片损坏或分离的情况。
这些碎片可能会掉落到电池中间的隔膜上，导致正负极短路。
2.3. 导电偏移导电偏移是指正负极之间的导电剂在充放电过程中因为机械应力或电化学反应的原因移动到隔膜或电解质液中，导致正负极短路。
2.4. 温度异常当锂离子电池处于高温环境中时，电解质液可能会膨胀和泄漏，进而导致正负极之间短路。
3. 锂离子电池内部短路结果锂离子电池内部短路会带来严重的后果，主要包括以下几个方面：3.1. 容量损失在锂离子电池内部短路的情况下，电解质液泄漏或极片碎片可能会导致正负极之间的直接接触，从而缩短了电池的使用寿命，导致电池容量的显著损失。
3.2. 电池过热内部短路会导致锂离子电池内部电池的电流急剧增加，从而产生热量。
这可能会引发电池过热，甚至导致电池燃烧、爆炸等严重事故。
3.3. 功能失效如果锂离子电池内部发生短路，电池可能无法正常工作，电池的供电能力会下降，甚至完全失效。
4. 锂离子电池外部短路原因锂离子电池外部短路是指正负极之间或与外部回路之间发生直接接触，导致短路。
以下是一些导致锂离子电池外部短路的常见原因：4.1. 外部金属物体碰撞锂离子电池在使用过程中可能会被外部金属物体误碰或压迫，从而导致电池的正负极发生直接短路。
锂枝晶导致的锂离子电池内短路模拟研究
102
火灾科学 FIRESAFETYSCIENCE
第28卷第2期
出了内短路分为四种形式。Fang等[12]用三维电化 学-热模型研究了1Ah锂离子电池的内短路。Zhao 等[5]使用三维电化学-热耦合模型研究了短路电阻、 刺针直径、刺针导热系数和电池容量等因素对电池 针刺过程中电池电热响应的影响。Xu等[13]使用一 维电化学-三维热耦合模型研究了圆柱状电池的内 短路特性,对比了单点内短路和多点内短路下电池 响应的区别。
基于商用镍钴锰三元(Li(NixCoyMnz)O2)/石 墨锂离子电池,构建锂离子电池物理模型。三维电 化学-热耦合模型采用一个五层电极单元(包括正极 集流体、正极、隔膜、负极和负极集流体)作为模拟对 象,使用金属锂作为诱发电池内部短路的锂枝晶材 料。研究了锂枝晶半径、锂枝晶数量以及锂枝晶中 心距的影响,所有工况中锂枝晶的高度均为隔膜厚 度,研究锂枝晶中心距的影响时保持锂枝晶半径为 150μm 不变,而通过改变两个锂枝晶之间的距离研 究其与单个锂枝晶造成的内短路的区别。模拟工况 和各工况总短路电阻如表1所示,其中两种工况对 应的模型几何设置、计算网格划分以及内短路部分 如图1所示,其中内短路部分选取单锂枝晶短路工 况下的短路点附近区域作为示意。
1 数值模拟
本研 究 采 用 多 物 理 场 软 件 COMSOL Mul-
tiphysics对锂 枝 晶 导 致 的 锂 离 子 电 池 内 短 路 过 程 进行模拟,采用有限元的数值求解方法,通过耦合软 件中电池与燃料电池模块下的锂离子电池接口和热 传导模块下的固体传热接口,使用数值模拟的方法 模拟内短路过程。 1.1 物理模型构建
(中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥,230026)
摘要:锂离子电池内短路是导致其热失控的主要原因之一,机械撞击、集流体边缘毛刺和锂枝晶生长等都可刺穿隔
锂离子电池内部短路实验方法的比较
作者简介:魏洪兵(1980-),男,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:锂离子电池安全检测,本文联系人;宋 杨(1977-),男,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局副主任,研究方向:电池检测;王彩娟(1981-),女,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:电池检测;赵 永(1981-),女,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:电池检测。
锂离子电池内部短路实验方法的比较魏洪兵,宋 杨,王彩娟,赵 永(中华人民共和国吴江出入境检验检疫局,江苏吴江 215200)摘要:总结了模拟锂离子电池内部短路的实验方法:针刺实验、挤压实验、重物撞击实验、强制内部短路实验、钝针实验、NASA 方法和棒挤压实验。
对各种实验方法的作用机理、模拟内部短路的实验结果进行了分析。
关键词:锂离子电池; 内部短路; 安全性中图分类号:TM91219 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2009)05-0294-02The comparison of Li 2ion battery internal short circuit test methodsWEI Hong 2bing ,SON G Yang ,WAN G Cai 2juan ,ZHAO Y ong(W ujiang Ent ry 2Exit Inspection and Quarantine B ureau of the People ’s Republic of China ,W ujiang ,Jiangsu 215200,China )Abstract :The test methods to simulate internal short circuit test of Li 2ion battery such as nail test ,crushing test ,impact test ,forced internal short circuit ,blunt nail test ,NASA method and rod crushing test were summarized 1The action mechanisms of the test methods and test results of the simulation of internal short circuit were analyzed 1K ey w ords :Li 2ion battery ; internal short circuit ; safety 锂离子电池的安全性与许多因素有关,如材料的性能、电池的设计、电池的组装及电池的管理与使用条件等。
锂电池安全问题研究：内短路模型
锂电池安全问题研究：内短路模型背景和目的由于内短路造成的热失控是锂离子电池主要的安全问题，其他的安全问题可能用电化学或者机械方法控制。
电池最初的潜在缺陷可能不太好控制，比如以下因素导致最终的严重内短路，包括隔膜的破损，金属溶解和沉积，金属杂质残余等。
锂离子电池系统内短路的热行为基于非常复杂的因素，例如短路性质，容量，电池电化学特性，电气和热力学设计，系统负载等。
电池内短路是多物理场，3维方面的问题，与之相关是电池的电化学，热系统，热滥用反应动力学等。
通过模拟实验能够理解电化学反应，热的释放，热反应的传播，以及从工艺技术解决的对策。
研究方法通过做3D物理场模拟研究来描述内短路和短路随时间的变化，进而扩展理解NERL 的电化学，热电，滥用反应动力学模型(如下图所示)。
多物理场模型仿真证明了在短路事件中加热模型是基于短路性质，电池特性(如容量和倍率性能)的。
图1 不同的反应热类型1.短路的反应热=电池放电的热+短路点的焦耳热2.电池尺寸和短路电阻大小的影响图2 不同种类的短路电阻对电池热失控的影响图3如上图3所示研究结果可以看出：1.短路点的焦耳热以铝箔和负极LiC6和C6接触能量最大，极易起火和爆炸；正负极铜铝箔接触或者活性物质的接触几乎不会造成起火爆炸。
2.电池放电的热热量以正负极铜铝箔的直接接触最大，铝箔和负极粉料接触最小3.短路电阻大于5Ω的情况下不会出现热失控20Ah叠片电池不同情况下的短路研究图4第一种情况：铝铜集流体之间的短路短路区域的面积：1mm*1mm短路电阻10mΩ，短路电流300A，≈15C倍率可能的存在的短路因素：金属异物刺穿隔膜和电极，负极极片位移铜铝箔接触图5从图5，6我们可以看出：1.短路点产生的焦耳热集中在一点上释放，能够观察到局部温升2.铝极耳的温度接近其熔点(大约600℃)3.短路之后10s时，电池表面温升在200-300℃，短路点局部达到了700-800℃图6 反应热的传播第二种情况：正负极材料之间的短路短路面积：1mm*1mm短路电阻~ 20 Ω短路电流~ 0.16 A (< 0.01 C-rate)可能存在的短路因素：隔膜穿孔，隔膜在电化学条件下损耗图7 短路点附近的电流密度和电势分布从上图8我们可以看出：正极电位降低，电子几乎通过集流体传导，短路电流穿过了活性物质涂层。
磷酸铁锂 过充 过放 短路试验 使用
磷酸铁锂过充过放短路试验使用磷酸铁锂（简称LFP）电池作为一种新型的锂离子电池，在电动汽车、储能等领域有着广泛的应用前景。
然而，随着电动汽车的普及和需求的增加，LFP电池的安全性问题备受关注，其中包括过充、过放和短路等试验。
本文将从简单到深入，系统地介绍磷酸铁锂电池的安全性问题，包括其在过充、过放和短路试验中的表现以及相关的影响因素。
1. 简介磷酸铁锂电池是一种新型的锂离子电池，具有高安全性、高能量密度和长循环寿命的特点，因此在电动汽车领域备受青睐。
然而，由于其化学本质和结构特点，磷酸铁锂电池在过充、过放和短路等异常工况下仍然存在一定的安全隐患。
2. 过充试验当磷酸铁锂电池受到过充时，电池内部将发生极化反应，导致电池内部温度升高，甚至发生热失控，从而引发火灾或爆炸。
针对不同的过充条件，磷酸铁锂电池在电压、温度和电流等方面表现各异，需要针对性地进行安全设计和控制。
3. 过放试验相对于过充试验，过放试验同样会对磷酸铁锂电池的安全性造成一定的影响。
当电池处于过放状态时，会增加电池内部的活性位点，导致电池容量的减少、内阻的增加，甚至会引发电池的短路和热失控现象。
对于磷酸铁锂电池的过放特性需要进行深入的研究和测试。
4. 短路试验短路是电池安全性测试中的重要一环，也是最为危险的一种异常工况。
当磷酸铁锂电池发生短路时，电池内部会产生大量的热量，导致电池发生热失控并燃烧。
对于磷酸铁锂电池的短路特性和安全防护措施需要特别重视。
总结回顾磷酸铁锂电池在过充、过放和短路试验中表现出不同的安全隐患，需要进行深入的研究和测试。
在实际应用中，需要合理设计和严格控制电池的工作条件，确保电池的安全性和可靠性。
对于磷酸铁锂电池的安全性评估和测试仍然是一个值得探讨的领域，需要不断进行深入研究和实践。
个人观点和理解作为一种新型的锂离子电池，磷酸铁锂电池在安全性方面的特点和表现仍然需要进一步探讨和研究。
在未来的发展中，我认为可以通过多方面的方法，包括材料优化、结构设计和智能控制等手段，来提高磷酸铁锂电池在过充、过放和短路等异常工况下的安全性，进一步推动电池技术的发展和应用。
锂离子动力电池内短路检测方法[发明专利]
![锂离子动力电池内短路检测方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/97468729fe00bed5b9f3f90f76c66137ee064f80.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710253246.3(22)申请日 2017.04.18(71)申请人 宁德时代新能源科技股份有限公司地址 352106 福建省宁德市漳湾镇新港路1号申请人 清华大学(72)发明人 潘岳 冯旭宁 卢兰光 欧阳明高 李世超 卢艳华 (74)专利代理机构 北京华进京联知识产权代理有限公司 11606代理人 王程(51)Int.Cl.G01R 31/02(2006.01)(54)发明名称锂离子动力电池内短路检测方法(57)摘要本发明提供了一种锂离子动力电池内短路检测方法，包括如下步骤：在电池模组中的内短路实验单体的内短路实验时间内，获取电池模组的各个锂离子动力电池单体的工作参数；根据电池模组内所有锂离子动力电池单体的工作参数和查表函数计算获得第一故障位；根据电池模组的各个锂离子动力电池的工作参数中的单体电压获得第二故障位；根据电池模组的各个锂离子动力电池的工作参数中的单体温度获得第三故障位；根据第一故障位、第二故障位和第三故障位计算获得总故障位，当总故障位大于或等于预设故障位阈值时，则判定内短路实验单体发生内短路。
本发明的锂离子动力电池内短路检测方法，提高了锂离子动力电池内短路检测的检测精度。
权利要求书3页 说明书12页 附图8页CN 107192914 A 2017.09.22C N 107192914A1.一种锂离子动力电池内短路检测方法，其特征在于，包括如下步骤：对选定的锂离子动力电池单体进行性能测试，获得电池性能参数，并根据所述电池性能参数建立查表函数；将多个选定的所述锂离子动力电池单体形成电池模组，并将所述电池模组的其中一个所述锂离子动力电池单体作为内短路实验单体，在所述内短路实验单体的内短路实验时间内，获取所述电池模组的各个所述锂离子动力电池单体的工作参数；根据所述电池模组内所有所述锂离子动力电池单体的工作参数和所述查表函数计算获得平均荷电状态估计值以及最低荷电状态估计值，根据所述平均荷电状态估计值与所述最低荷电状态估计值获得第一故障位；根据所述电池模组的各个所述锂离子动力电池的工作参数中的单体电压获得所述电池模组中多个锂离子动力电池单体的单体电压平均值和单体电压最小值，根据所述单体电压平均值和所述单体电压最小值获得第二故障位；根据所述电池模组的各个所述锂离子动力电池的工作参数中的单体温度获得所述电池模组中多个锂离子动力电池单体的单体温度最大值和电池温度平均值，根据所述单体温度最大值和所述单体温度平均值获得第三故障位；根据所述第一故障位、所述第二故障位和所述第三故障位计算获得总故障位，当所述总故障位大于或等于预设故障位阈值时，则判定所述内短路实验单体发生内短路。
锂离子电池内部短路电池放电
锂离子电池内部短路电池放电咱们今天来聊聊锂离子电池的内部短路这个话题。
你有没有发现，身边的各种电子设备好像越来越少出现电池泄漏的现象了？好像大家都在用锂离子电池，这种电池能量大，充电又快。
可是，别看它看起来是个好东西，它其实也是个麻烦的家伙。
特别是当它发生“内部短路”时，哎哟，那真是会让你有种想把手机扔出窗外的冲动。
锂离子电池内部短路，简单来说，就是电池里面的正负极不小心碰到了一起，短短的一瞬间，电池内部就发生了剧烈的反应。
你说这电池的“肚子”里发生了什么呢？其实就是一场化学反应的灾难。
你想想，正负极本来应该是各自待在自己的“领地”里，各守各的阵地，谁也别碰谁，结果现在它们两个在一起了，电流一下就大爆发。
这种现象，电池的温度迅速升高，电池本身也会因为过热而变形，甚至会冒烟，发热，最后很可能直接爆炸，整个场面就跟火山爆发一样，能把人吓得一跳三尺。
那为什么锂离子电池会突然发生这种事情呢？有几个常见的原因。
电池内部如果有杂质或者生产过程中有瑕疵，可能会导致内部短路。
就像咱们吃东西，总不能保证每一颗米粒都是完美的，有时候电池的“米粒”不小心变成了“坏种”，导致了短路。
再比如，电池的外壳如果破损了，或者电池的保护电路出了问题，这些情况都会给内部短路提供机会。
你说不定哪天用着用着，电池外壳就坏了，电流一跑去，短路就来了。
而且啊，锂电池的容量本来就很大，能量密度高，储存的能量特别充足。
你想，如果这东西出现了问题，能量一下子释放出来，那可不就是“大炸弹”吗？简直比电视里看到的爆破还刺激。
所以啊，电池的保护措施就显得尤为重要。
你要想，手机、电动工具、平衡车，甚至电动汽车，哪个不是在用锂电池？要是一旦发生了内部短路，不光是你的手机掉了线，连带的可能是生活的一连串麻烦。
说到这，大家是不是想问，那怎么办？咱们怎么避免这种“电池爆炸”的事发生呢？有一些小窍门是可以减小风险的。
比如，别总让电池处于极限的状态。
锂离子电池的“脾气”可不好，过度充电、过度放电，都会让它们感到不爽，最后可能会爆发。
t∕cec 169-2018 电力储能锂离子电池内短路测试方法
t∕cec 169-2018 电力储能锂离子电池内短路测试方法电力储能锂离子电池的内短路是指电池内部正负电极之间出现直接短路的情况，可能会引发电池的过热、气体释放、燃烧等严重安全问题。
因此，对于电力储能锂离子电池的内短路进行测试是非常重要的。
本文将介绍一种常用的电力储能锂离子电池内短路测试方法，其依据《t∕cec 169-2018电力储能锂离子电池内短路测试方法》的标准进行测试。
首先，测试前需要准备一组符合规格的电力储能锂离子电池样品。
这些样品需要提前进行一系列的电性能测试，以了解其基本性能指标，并确保样品的质量和性能符合要求。
测试过程中需要使用适当的测试设备和工具，如短路测试仪、安全防护设备等。
同时，测试人员需要具备相关的电池安全知识和丰富的实验经验，以确保测试的安全性。
接下来，开始进行内短路测试。
首先，将电力储能锂离子电池样品放置在一个恒温恒湿的环境中，使得测试条件具有一定的稳定性。
然后，将待测试的电力储能锂离子电池样品连接到短路测试仪上。
在进行内短路测试时，需要根据标准要求进行两种情况的测试，即正极短路和负极短路。
对于正极短路测试，通过调节测试仪器的参数，将正极短接到负极，并保持一定的时间，以模拟正极短路的情况。
同样地，对于负极短路测试，将负极短接到正极，并保持一定的时间。
通过这两种情况的测试，可以全面地评估电力储能锂离子电池在内短路情况下的安全性能。
在测试过程中，需要对电池样品进行实时监测。
可以通过连接电流计、电压计等仪器，对电池的电流、电压等参数进行实时记录和监控。
同时，还可以使用红外热成像相机等工具，对电池的温度进行非接触式监测。
这些监测手段可以帮助测试人员及时发现异常情况，并采取相应的措施进行处理。
测试完成后，需要对测试结果进行记录和分析。
通过分析测试数据，可以评估电力储能锂离子电池在内短路情况下的安全性能，并对电池的设计和制造提出改进意见。
综上所述，电力储能锂离子电池内短路测试方法的实施，确保了电池的安全性能。
多串锂离子电池的内短路算法
多串锂离子电池的内短路算法哎呀，今天咱们聊聊锂离子电池的内短路算法。
这可不是个简单的话题，但咱们尽量把它说得轻松点儿。
你看，锂离子电池就像咱们日常生活中的“小电池”，给我们的手机、平板、还有电动汽车提供动力。
想象一下，没了电，手机没电了，简直就像鱼没有水一样，活不下去。
不过，这种小电池有时候也会“翻车”，像发生内短路这样的事。
内短路就是电池内部的一个小意外，好比电池内部的小路上突然来了个“交通堵塞”，电流想走的路被拦住了。
内短路的原因嘛，真是五花八门。
有时候是因为电池老化，像人一样，岁数大了，毛病就多了。
还外界环境太恶劣，比如高温、低温，甚至磕碰都可能导致电池内部结构的改变。
想象一下，锂离子电池就像个小小的王国，里面有好多锂离子小精灵。
它们平时开开心心地在里面跑来跑去，一旦有点儿不对劲儿，可能就会打架，产生内短路。
说到内短路，咱们就不得不提到那些聪明的算法了。
像科学家和工程师们可不想让电池出问题，他们就得用一些算法来监测电池的状态。
想象一下，这就像是给电池装上了“监控摄像头”。
这些算法能实时检测电池的温度、电压、以及电流等各种信息，能帮助我们提前发现潜在的问题。
要是电池的状态不太好，算法会“警告”我们，就像朋友见你喝多了，赶紧拉你一把，别出事儿。
其中一个常用的算法叫“状态估计”，简单来说，就是预测电池的健康状况。
就好比你去医院体检，医生根据你的一堆数据，告诉你身体的状态。
这个算法能根据电池的充电和放电情况，计算出它的剩余寿命。
听起来是不是很高大上？不过，这个过程可不是一蹴而就的，得反复测量、调整，简直就像调试一台复杂的机器。
还有一种算法叫“故障诊断”，顾名思义，它是用来查找问题的。
假设电池出现了什么异常，这个算法就能迅速定位到故障的根源。
就像侦探一样，仔细分析每一个数据，找出罪魁祸首。
通过这种算法，工程师们能更快地解决问题，避免更大的损失。
这就像车坏了，赶紧找个靠谱的修理工，别让它再“罢工”。
算法的好坏也和数据有关。
锂离子电池内部短路分析!
作者：一气贯长空
锂离子电池内部短路分析！
锂离子电池在实际工作的充放电复杂工况中，虽然在电池能量管理系统作用下，能够尽可能实现正常运行，但是在过充、过放、过热等特殊情况下仍会发生机械滥用、电滥用和热滥用，从而引起电池性能的快速衰退，进而发生电池内短路，最后导致热失控安全问题。
本文从内短路原理、诱发实验方法、内短路识别方法和预防抑制措施等四个方面进行系统研究，为锂离子电池内短路识别方法和预防措施提供思路,为锂离子电池安全防护和应用提供借鉴。
1 内短路机理研究
内短路触发条件可分为三种：机械滥用、电滥用和热滥用，如图1所示。
其中，机械滥用是通过针刺和挤压等使电池发生机械变形和隔膜部分破裂,触发电池内部短路；电滥用是导致电池析锂、枝晶生长，穿过隔膜孔隙连接起电池正负极部分，引起电池内短路；热滥用是高温使得隔膜大规模收缩崩溃，造成电池内短路。
锂离子电池发生内短
路时,会产生大电流和大量的局部热量，最终导致发生热失控。
内短路存在于电池的全生命周期范围内，可以将其发展演化过程分为初期、中期和末期，如表1所示。
锂离子电池内部短路实验方法的比较
锂离子电池内部短路实验方法的比较
魏洪兵;宋杨;王彩娟;赵永
【期刊名称】《电池》
【年(卷),期】2009(039)005
【摘要】总结了模拟锂离子电池内部短路的实验方法:针刺实验、挤压实验、重物撞击实验、强制内部短路实验、钝针实验、NASA方法和棒挤压实验.对各种实验方法的作用机理、模拟内部短路的实验结果进行了分析.
【总页数】2页(P294-295)
【作者】魏洪兵;宋杨;王彩娟;赵永
【作者单位】中华人民共和国吴江出入境检验检疫局,江苏,吴江,215200;中华人民共和国吴江出入境检验检疫局,江苏,吴江,215200;中华人民共和国吴江出入境检验检疫局,江苏,吴江,215200;中华人民共和国吴江出入境检验检疫局,江苏,吴
江,215200
【正文语种】中文
【中图分类】TM912.9
【相关文献】
1.锂离子电池内部短路的研究进展 [J], 魏洪兵;王彩娟;赵永;宋杨
2.聚合物锂离子电池内部短路的诊断 [J], 石保庆
3.锂离子电池内部短路研究进展 [J], 李宁;俞会根;盛军;向晋;杨重科
4.大型发电机,变压器内部短路主保护比较 [J], 陈晶
5.基于棒压试验的锂离子电池内部短路安全性评估 [J], 王寅;许铤;陆建峰
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锂离子电池内部短路四种方式
锂离子电池内部短路四种方式
1. 锂离子电池内部短路的第一种方式是：极片针穿刺短路。
这种短路形式是指由于外力原因，如机械挤压、极片针刺等，导致正、负极之间出现短路现象。
2. 锂离子电池内部短路的第二种方式是：极片膜短路。
这种短路形式是指由于极片与隔膜之间的接触不良或隔膜损坏等原因，导致正、负极之间出现短路现象。
3. 锂离子电池内部短路的第三种方式是：金属异物短路。
这种短路形式是指由于金属异物（如铁屑、铜屑等）进入电池内部，与正、负极之间相互接触，导致
出现短路现象。
4. 锂离子电池内部短路的第四种方式是：内部结构短路。
这种短路形式是指由于电池内部结构设计不合理或制造工艺不良等原因，导致正、负极之间出现短路
现象。
锂离子电池内短路模拟试验
锂离子电池内短路模拟试验动力电池在使用过程中安全性是我们首先要考虑的，因此在动力电池的考核指标中我们也设立了比较严格的安全性考核制度，例如挤压、针刺、过充、过放和短路等，分别模拟实际使用中锂离子电池遇到的滥用的情况。
在所有的安全性问题中，有一种最难模拟——内短路。
顾名思义，内短路指的是由于锂离子电池设计或者制造缺陷，导致的电池内存在多余物，或者锂枝晶等，导致隔膜破坏，在该处发生正负极之间短路，这是最危险的情况，因为此时整个电池的能量都在通过这个短路点释放（最多70%左右的能量会在60s内释放），因此瞬间此处的温度迅速升高，继而引发正负极活性物质、电解液等分解，引起锂离子电池热失控。
由于短路发生在锂离子电池的内部，因此很难通过外部作用模拟内短路对电池造成的破坏，例如常见的针刺实验，在针刺入的过程中，先是在一个点处发生短路，但是随着针插入到电池的内部，此时电池内多处同时发生短路，使的电流密度大大降低，此外针也会带走一部分短路产生的热量，因此相比于内短路，针刺测试简直是“太温柔”了。
挤压测试过程中，随着电池变形量的增大，隔膜发生机械失效，引起电池内部短路，但是挤压造成的短路点一般具有较大的面积，或者多个点同时发生短路，因此相比于内短路，挤压测试造成的短路电流也极大的下降，因此挤压测试也不能完美的模拟锂离子电池内短路。
可见常见的安全测试方法并不能很好的模拟锂离子电池发生内短路的情形，或者说考核标准不够严格。
无论是生产过程中引入的多余物，还是使用过程中生成的锂枝晶，从本质来讲，锂离子电池内短路都是由电芯内部的多余物（特别是导电多余物）造成的。
据此日本电池协会提出了一中模拟锂离子电池内短路的方法，将电芯取出后，在电芯的内部放入一小块金属块，然后再放入到电池壳内，最后该电池被放入到挤压设备上，对电池进行施压，直到电池发生内短路。
该方法能够较为准确的模拟锂离子电池发生内短路的情形，但是由于该方法需要将电池拆开，因此实际生产中很少采用该方法对电池进行评估。
锂电池安全问题研究：内短路模型
锂电池安全问题研究：内短路模型背景和目的由于内短路造成的热失控是锂离子电池主要的安全问题，其他的安全问题可能用电化学或者机械方法控制。
电池最初的潜在缺陷可能不太好控制，比如以下因素导致最终的严重内短路，包括隔膜的破损，金属溶解和沉积，金属杂质残余等。
锂离子电池系统内短路的热行为基于非常复杂的因素，例如短路性质，容量，电池电化学特性，电气和热力学设计，系统负载等。
电池内短路是多物理场，3维方面的问题，与之相关是电池的电化学，热系统，热滥用反应动力学等。
通过模拟实验能够理解电化学反应，热的释放，热反应的传播，以及从工艺技术解决的对策。
研究方法通过做3D物理场模拟研究来描述内短路和短路随时间的变化，进而扩展理解NERL 的电化学，热电，滥用反应动力学模型(如下图所示)。
多物理场模型仿真证明了在短路事件中加热模型是基于短路性质，电池特性(如容量和倍率性能)的。
图1 不同的反应热类型1.短路的反应热=电池放电的热+短路点的焦耳热2.电池尺寸和短路电阻大小的影响图2 不同种类的短路电阻对电池热失控的影响图3如上图3所示研究结果可以看出：1.短路点的焦耳热以铝箔和负极LiC6和C6接触能量最大，极易起火和爆炸；正负极铜铝箔接触或者活性物质的接触几乎不会造成起火爆炸。
2.电池放电的热热量以正负极铜铝箔的直接接触最大，铝箔和负极粉料接触最小3.短路电阻大于5Ω的情况下不会出现热失控20Ah叠片电池不同情况下的短路研究图4第一种情况：铝铜集流体之间的短路短路区域的面积：1mm*1mm短路电阻10mΩ，短路电流300A，≈15C倍率可能的存在的短路因素：金属异物刺穿隔膜和电极，负极极片位移铜铝箔接触图5从图5，6我们可以看出：1.短路点产生的焦耳热集中在一点上释放，能够观察到局部温升2.铝极耳的温度接近其熔点(大约600℃)3.短路之后10s时，电池表面温升在200-300℃，短路点局部达到了700-800℃图6 反应热的传播第二种情况：正负极材料之间的短路短路面积：1mm*1mm短路电阻~ 20 Ω短路电流~ 0.16 A (< 0.01 C-rate)可能存在的短路因素：隔膜穿孔，隔膜在电化学条件下损耗图7 短路点附近的电流密度和电势分布从上图8我们可以看出：正极电位降低，电子几乎通过集流体传导，短路电流穿过了活性物质涂层。
关于可充电锂离子电池低温充电后短路特别容易触发失效的分析报告 (2)
关于可充电锂离子电池低温充电后短路特别容易触发失效分析报告2018年10月25日目录一、引言............................................ 错误!未定义书签。
二、可充电锂离子电池低温充电后短路实验与测试 (1)1、电池低温充电时的Li+不可逆损耗和析出情况 (4)2、电池性能测试.................................. 错误!未定义书签。
三、结果与讨论...................................... 错误!未定义书签。
四、可行性研究结论 (7)一、引言通过优选电池材料，提高锂离子电池的低温充电性能。
与常规材料相比，采用二次颗粒石墨(一次、二次粒子的D50分别为910μm和1517μm)、水溶性粘合剂LA132和添加乙酸丙酯(PA)的低温型电解液，可提高电池的低温充电性能。
负极采用95.5%二次颗粒石墨、1.0%导电剂和3.5%水溶性粘合剂LA132，电解液含有低温溶剂时，可达到最优效果。
在-5℃、-10℃、-15℃和-20℃低温条件下，电池以0.15C电流进行恒流充电，Li+不可逆损耗比例分别为0.01%、0.03%、1.01%和1.35%，负极片表面均未出现析锂现象。
二、可充电锂离子电池低温充电后短路实验与测试在-20℃的低温条件下，锂离子电池将不能维持室温状态下的性能，放电容量出现大幅度下降，放电电压平台也会下降。
在低温环境中充电时，锂离子电池容易在负极片表面形成锂金属枝晶，不但会出现不可逆容量损失，而且会增加内部短路的几率，带来安全隐患。
电动汽车使用环境温度条件变化大，将锂离子电池作为动力源时，需要采用多种额外措施，如加热装置，以解决电池的低温析锂和性能下降等问题。
目前，人们主要从负极的反应动力学角度来研究相关因素对电池的影响。
M.C.Smart等研究表明:石墨负极表面的固体电解质相界面(SEI)膜是Li+传递过程的主要阻力，SEI膜阻抗RSEI大于电解液本体阻抗Re，RSEI的变化与环境温度下降及电池性能恶化一致，而电解液的电导率并未因温度下降而急剧下降。
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作者简介:魏洪兵(1980-),男,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:锂离子电池安全检测,本文联系人;宋 杨(1977-),男,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局副主任,研究方向:电池检测;王彩娟(1981-),女,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:电池检测;赵 永(1981-),女,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:电池检测。
锂离子电池内部短路实验方法的比较魏洪兵,宋 杨,王彩娟,赵 永(中华人民共和国吴江出入境检验检疫局,江苏吴江 215200)摘要:总结了模拟锂离子电池内部短路的实验方法:针刺实验、挤压实验、重物撞击实验、强制内部短路实验、钝针实验、NASA 方法和棒挤压实验。
对各种实验方法的作用机理、模拟内部短路的实验结果进行了分析。
关键词:锂离子电池; 内部短路; 安全性中图分类号:TM91219 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2009)05-0294-02The comparison of Li 2ion battery internal short circuit test methodsWEI Hong 2bing ,SON G Yang ,WAN G Cai 2juan ,ZHAO Y ong(W ujiang Ent ry 2Exit Inspection and Quarantine B ureau of the People ’s Republic of China ,W ujiang ,Jiangsu 215200,China )Abstract :The test methods to simulate internal short circuit test of Li 2ion battery such as nail test ,crushing test ,impact test ,forced internal short circuit ,blunt nail test ,NASA method and rod crushing test were summarized 1The action mechanisms of the test methods and test results of the simulation of internal short circuit were analyzed 1K ey w ords :Li 2ion battery ; internal short circuit ; safety 锂离子电池的安全性与许多因素有关,如材料的性能、电池的设计、电池的组装及电池的管理与使用条件等。
在评价锂离子电池的安全性能时,内部短路实验是一种有效的方法。
电池发生内部短路时,一股极高的电流通过短路位置并产生大量的热,由此可能在电池内部产生热失控现象,甚至起火或爆炸。
通过预测性实验和检测方法来评价内部短路性能,是锂离子电池检测的重要方面[1-2]。
本文作者研究了国际电工委员会(IEC )、美国电气和电子工程师协会(IEEE )、日本电池协会(BAJ )、美国保险商实验所(UL )和美国国家航空和宇宙航行局(NASA )等组织制定的模拟内部短路检测方法,分析了各方法的优缺点。
1 实验方法在锂离子电池检测方法中,模拟内部短路的相关方法及标准号或制定机构见表1。
111 针刺实验[3]针刺实验是将一枚钢针以一定的速率穿过电池。
表1 模拟内部短路的实验方法T able 1 The test methods to simulate internal short circuit实验方法标准号或制定机构针刺实验G JB 4477:2002[3]重物撞击实验ST/SG/AC 110/11/REV 143813[4]UL 1642:2007[5]UL 2054:2005[6]挤压实验IEC 62133:2002[7]UL 1642:2007[5]UL 2054:2005[6]强制内部短路实验J IS C8714:2007[8]钝针实验[9]UL NASA 方法[10]NASA 棒挤压实验[9]UL 2054:2005[6]112 重物撞击实验[4-6]将电池放平,把直径为1518mm 的铁棒横放在电池中心,将质量为911kg 的物体从(61±215)cm 的高度跌落到电池上。
第39卷 第5期2009年 10月电 池BA TTER Y BIMON THL Y Vol 139,No 15Oct 1,2009113 挤压实验[7]电池在两个平面之间进行挤压。
通过一个直径为32 mm(1125英寸)的液压活塞持续挤压,直至压强达到1712 MPa,施加的压力为13kN,当达到最大压力后泄压。
114 强制内部短路实验[8]在环境温度为(20±5)℃、露点温度≤-25℃的条件下,将充满电的电池单体拆解后,从电池壳内取出卷绕芯。
将一个L型(长110mm,宽011mm,高012mm)的金属镍片放置在隔膜的外侧,卷绕芯在最高实验温度和最低实验温度下储存(45±15)min后,进行挤压实验。
115 钝针实验[9]用一根前端较钝的钢针以一定的速率挤压电池表面,使电池发生内部短路。
116 NASA方法[10]该方法类似于钝针实验,区别在于挤压棒的前端是绝缘材料,通过超声振动使电池发生内部短路。
117 棒挤压实验[9]将钝针换成金属棒,通过挤压使电池发生内部短路。
2 方法讨论C1H1Doh等[11]对LiCoO2锂离子电池进行了针刺和重物撞击实验。
针刺实验中,电池在针刺入的前期温度迅速升高到400℃,电压降为0V;随着针刺的深入,温度逐渐降低,电压仍为0V。
钢针刺入的位置生成的热量远大于电池表面散出的热量,在局部产生一个热点,出现热失控。
钢针刺入的速率也会影响实验结果:速率较快时,电池被迅速短路,现象类似于电池的外部短路,热失控首先出现在电池内部,热量主要由正极材料分解产生;若速率较慢,热失控首先出现在电池外部,热量主要是由较大的电流通过钢针产生,随后又激活了正极材料的分解反应。
在重物撞击实验中,撞击后电池的温度上升到150℃,随后逐渐降低。
重物撞击在垂直放置于电池表面的铁棒上,电池内部由于受到外力的作用而变形,内部隔膜挤压破裂,导致内部短路,一股较大的放电电流通过电池的正负极。
在此过程中,电池发生的是多层内部短路。
对方形电池,尤其是比较薄的电池进行实验时,由于重锤的撞击,有可能导致电池断裂成两半,电池内含有电解液的正负极直接暴露在空气中,这时电池内部的短路和其他反应导致电池温度上升。
此外,在实验过程中,撞击后的电池释放出的有害气体,对环境的影响较大。
分析针刺实验和重物撞击实验的结果可知,同种型号的电池、同样的荷电状态,得到的结果相差很大,电池发生内部短路的机理是不同的。
挤压实验使电池发生了多层内部短路。
内部短路是在电极的局部点形成的;短路不均一地分布在电极表面。
电池内部由于过电位的损失而升温,随后激活了负极与电解液之间的反应,进一步引起正极材料的分解,在电池内部产生热失控现象。
S1I1Tobishima等[12]在对充满电的电池进行挤压实验时,电池甚至会起火。
强制内部短路实验的优点是能控制内部短路的位置,可得到单层的内部短路情况;缺点是要在特殊的检测装置内进行实验,实验会产生有害的烟雾,样品的制备(包括电芯的拆解、镍片的放置及卷绕芯的重新卷绕)都需要一定的技术。
在实验中,镍片的放置位置仅规定在正、负极之间和正极集流体与负极活性材料之间,可模拟电池的单层内部短路,但内部短路不仅仅发生在这两个位置。
如果电池的隔膜强度足够大,在挤压过程中,镍片可能先刺穿正极活性材料和隔膜,从而产生正极集流体(铝箔)与负极活性材料的短路。
钝针实验,在实验过程中对电池的形状改变较小,还可以重复实验,但不能精确地控制短路的位置。
因为钝针是在外部挤压电池,电池的短路机理很难确定。
此外,在控制电池的内部单层短路或多层短路时,需要使用精确的仪器。
NASA方法是将金属屑放置在电池内部,然后将超声波施加于电池上,使电池发生内部短路[10]。
该方法产生的内部短路主要受振动参数的影响。
3 小结通过以上分析可知,各种实验方法对模拟电池内部短路、评价电池安全性都有一定的合理性和必要性。
内部短路是最普遍报道的安全问题,对相关机理的理解是很重要的。
内部短路机理涉及的参数很广:材料化学、电池的容量、短路的本质和区域及在短路时刻的操作条件。
为提高锂离子电池的安全性能,可在深刻理解上述因素的基础上,设计合理的实验方法,模拟内部短路行为。
参考文献:[1] WAN GJing(王静),YU Zhong2bao(余仲宝),CHU Xu2guang(初旭光),et al1锂离子电池安全性研究进展[J]1Battery Bi2monthly(电池),2003,33(6):388-3911[2] TAN G Zhi2yuan(唐致远),CHEN Yu2hong(陈玉红),LU Xing2he(卢星河),et al1锂离子电池安全性的研究[J]1Batter y Bi2monthly(电池),2006,36(1):74-761[3] G JB447722002,锂离子蓄电池组通用规范[S]1[4] ST/SG/AC110/11/REV143813,Lithium batteries[S]1[5] UL1642:2007,Lithium batteries[S]1[6] UL2054:2005,Household and commercial batteries[S]1[7] IEC62133:2002,Secondary cells and batteries containing alkalineor other non2acid electrolytes2Safety requirements for portablesealed secondary cells,and for batteries made from them,for use inportable applications[S]1[8] J IS C8714:2007,Safety tests for portable lithium ion secondarycells and batteries for use in portable electronic application[S]1 [9] Wu A,Cheng E1A reliable test method to simulate internal shortof lithium ion batteries[A]1The abstract of14th internationalmeeting of lithium batteries(第十四届国际锂电池会议论文集)[C]1第十四届国际锂电池会议,Tianjin(天津),20081971[10]David H1Energy Storage Research and Development2008Progress Report[M]1Washington,D1C:U1S1Department ofEnergy,20091[11]Doh C H,K im D H,K im H S,et al1Thermal and electrochemicalbehaviour of C/Li x CoO2cell during safety test[J]1J PowerSources,2008,175(2):881-8851[12]Tobishima S I,Yamakir J I1A consideration of lithium cell safety[J]1J Power Sources,1999,81-82:882-8861收稿日期:2009-05-15592 第5期魏洪兵,等:锂离子电池内部短路实验方法的比较。