電池的損傷機(jī)理與故障預(yù)警
2.3.2 接觸電阻的不利影響
接觸電阻無處不在,其數(shù)值可能是電池內(nèi)阻的若干倍,由于測量儀器最終還要依靠測量線連接到電池極柱上,電池極柱形形色色,外匯流條與緊固螺栓各異,這樣測量連接裝置將變得與測量儀器本身一樣重要,在某種意義上甚至成為電池故障預(yù)警技術(shù)工程實用化的成敗關(guān)鍵。
2.3.3 毫歐姆、微歐姆的定標(biāo)問題
測量儀表需要正確地校準(zhǔn)和標(biāo)定才能保證合理的技術(shù)指標(biāo),缺少高精度毫歐姆,微歐姆電阻基準(zhǔn)是定標(biāo)困難之一;儀表測量原理的不同與測量連接的差異帶來很大的不確定量是定標(biāo)困難之二。以上困難不僅造成不同儀表的測量數(shù)據(jù)之間缺少比對價值,還進(jìn)一步造成出廠時的內(nèi)阻值根本無法精確標(biāo)定。好在電池故障預(yù)警更需要的是相對精度,這一特點大大降低了控制絕對精度的技術(shù)難度,但工程實踐表明,單體現(xiàn)場可標(biāo)定,可校準(zhǔn)依然是自動巡測型儀表工程化的一個不可或缺的基本要求。
3 互比較內(nèi)阻增量是電池故障預(yù)警工程實用化的核心概念
電池故障預(yù)警的最佳方案是選擇帶有損傷留痕意義的電池內(nèi)阻作為預(yù)警參數(shù),這就需要對內(nèi)阻的變化,即自比較內(nèi)阻增量進(jìn)行定量計算,然而這一方案存在以下現(xiàn)實困難:
1)如前所述,電池出廠時無法精確標(biāo)定其初始內(nèi)阻,從而使后續(xù)測量和計算失去原始依據(jù);
2)影響電池內(nèi)阻精確值的因素很多,特別是內(nèi)阻在線運行下的無規(guī)則自然波動,使電池未損傷的應(yīng)有內(nèi)阻值無法確定,也造成計算自比較內(nèi)阻增量缺少基準(zhǔn)值。
解決以上困難的唯一出路是,用電池組的互比較內(nèi)阻增量替代自比較內(nèi)阻增量。實現(xiàn)這種替代必須具備以下前提條件。
(1)電池組采用同一廠家,同一規(guī)格的電池,并按一定的規(guī)范組裝而成,其中包括組裝前的一致性測試和組裝后的均衡充電規(guī)程,其內(nèi)阻值應(yīng)有較小的初始分布誤差。
(2)上述電池組在同一工作條件下運行,包括同一電流和同一溫度,其內(nèi)阻的在線自然波動應(yīng)具有相同的歷史過程,即內(nèi)阻值也應(yīng)具有較小的運行分布誤差。
(3)因電池差異性而導(dǎo)致的電池損傷,包括惡性循環(huán)所致的損傷疊加總是集中在極少數(shù)電池上。這樣大多數(shù)電池的內(nèi)阻值變化都將遵循未損傷的電池老化規(guī)律。把這種未損傷電池內(nèi)阻的基礎(chǔ)值提取出來,可以作為損傷電池的當(dāng)前基準(zhǔn)內(nèi)阻,則各電池當(dāng)前實際內(nèi)阻值與當(dāng)前基準(zhǔn)內(nèi)阻值之差即可定義為互比較內(nèi)阻增量。
只要電池組的安裝與運行符合以上前提條件(一般實際電池組均能符合),則這種替代就具有足夠的合理性,而替代的重要現(xiàn)實目標(biāo)是使實用儀表的研發(fā)具備技術(shù)可行性。
圖1~圖3示意圖可以形象地說明這種替代的合理性。圖1表示無損傷單體電池在線運行時內(nèi)阻的正常自然波動,波動變化具體如何在本例中無關(guān)緊要。圖2表示另類單體電池以同一波動變化運行,但遭遇2次損傷事件(第一次為1日20:07,第二次為2日18:33),圖2中粗實線表示2次受損內(nèi)阻增量的逐次疊加過程,虛線部分則表示該電池非損傷下的應(yīng)有內(nèi)阻值。圖3則表示由圖1、圖2兩類電池組成電池組(共5個)的內(nèi)阻變化曲線,其中1#、2#、4#、5#電池屬圖1表示的未損傷類型,3#電池為圖2所表示的受損類型。
圖1 單體電池內(nèi)阻的自然波動示意圖
圖3 電池組內(nèi)阻整體自然波動,損傷事件與損傷留痕示意圖
圖3中沿t軸(時間軸)所標(biāo)示的數(shù)據(jù)為3#電池的歷史變化,要想求得3#電池的自比較內(nèi)阻增量,首先必須知道虛線所表示的非損傷內(nèi)阻的應(yīng)有值,當(dāng)應(yīng)有值為未知數(shù)時,計算自比較內(nèi)阻增量自然不具備技術(shù)可行性。
而沿N軸(單體軸)所采集的數(shù)據(jù)為同一時刻各電池的當(dāng)前內(nèi)阻值,若合理認(rèn)定1#、2#、4#、5#的內(nèi)阻值可以代表3#非損傷下的應(yīng)有值,則3#的當(dāng)前值與該應(yīng)有值之差,就是互比較內(nèi)阻增量。
當(dāng)然實際電池組采集到的數(shù)據(jù)都會有一定的離散性,處理離散性數(shù)據(jù)將會比本例復(fù)雜一些,但不影響其技術(shù)可行性。
4 結(jié)語
電池?fù)p傷機(jī)理提供了分析研究電池突發(fā)事故的新思路,由此而得到的現(xiàn)有電池安全體系存在系統(tǒng)性缺陷的結(jié)論引人警覺,選擇內(nèi)阻互比較增量作為預(yù)警參數(shù)無疑會成為電池故障預(yù)警的重點研究方向之一,但是克服電池安全概念上的傳統(tǒng)誤區(qū)顯得比攻克技術(shù)難題更加重要。
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