电池的损伤机理与故障预警

内阻作为电池内部耗能参数，在电池供出电流时，将在电池外部造成端电压的下降，并在内部产生热量，大多数专业人士都有这样的深刻印象：除了内阻增大到影响电池供能外，大部分情况下电池极小的内阻对供能的影响微不足道。定量来说一个1mΩ内阻的电池供出10A电流，仅造成10mV端压降与0.1W内部发热，即使上例内阻从1mΩ增加到2mΩ，其内部损耗也只造成20mV的端压降和0.2W的内部发热，依然停留在可以忽略不计的水平，从这个角度出发无疑会对选择内阻作为预警参数打上问号。

但是从电池损伤理论的角度来看，电池内阻从1mΩ增大到2mΩ可是一个大事件，足以判定电池严重损伤应该报废，报废的理由不是因为内阻损耗影响了电池供能，而是间接说明该电池已成为电池组中的高危“断裂点”。

2.2.2 误区2——试图由内阻计算容量

内阻确实与容量存在高度相关性，但多项研究认定，由于工艺、材料、温度等各种因素，内阻与容量之间不存在确定的数学关系。更何况仅内部汇流条腐蚀导致物理内阻增加且肯定与容量无关一例，已成为计算容量的判决性反证。可以说，这种对容量的依赖只不过是源自老化理论的一种习惯性联想。

而从损伤理论来看，内阻与损伤的直接相关性已足够预警检测使用，对计算容量的追求实在是多此一举。

2.3 技术难题

内阻是一个特定的物理量，有许多现成的测量方法可用，在已有知识中，4线交流法能有效克服导线电阻与接触电阻的不利影响，是测量微小电阻最理想的一种物理方法，但是要把4线交流法发展成为一种实用的电池故障预警技术，还面临许多技术上的挑战。因技术细节非本文重点，在此仅作简单评介。

2.3.1 抗在线干扰问题

在线测量内阻，即在电池组与电源设备共同工作且处于值班状态下测量内阻，是电池故障预警技术的一项基本要求。大容量电池的内阻很小，基本上处于4线交流法测量的下限，内阻增量比被测内阻本身还要小将近一个数量级，电源设备运行中的工频纹波，开关噪声，特别是强大的共地串扰，将造成很大的测量值跳动，任何抗干扰措施都只能使干扰的不利影响减小，而不能使之消失。当干扰的不确定跳动大于内阻增量时，测量数据将失去分析价值。

2.3.2 接触电阻的不利影响

接触电阻无处不在，其数值可能是电池内阻的若干倍，由于测量仪器最终还要依靠测量线连接到电池极柱上，电池极柱形形色色，外汇流条与紧固螺栓各异，这样测量连接装置将变得与测量仪器本身一样重要，在某种意义上甚至成为电池故障预警技术工程实用化的成败关键。

2.3.3 毫欧姆、微欧姆的定标问题

测量仪表需要正确地校准和标定才能保证合理的技术指标，缺少高精度毫欧姆，微欧姆电阻基准是定标困难之一；仪表测量原理的不同与测量连接的差异带来很大的不确定量是定标困难之二。以上困难不仅造成不同仪表的测量数据之间缺少比对价值，还进一步造成出厂时的内阻值根本无法精确标定。好在电池故障预警更需要的是相对精度，这一特点大大降低了控制绝对精度的技术难度，但工程实践表明，单体现场可标定，可校准依然是自动巡测型仪表工程化的一个不可或缺的基本要求。

3 互比较内阻增量是电池故障预警工程实用化的核心概念

电池故障预警的最佳方案是选择带有损伤留痕意义的电池内阻作为预警参数，这就需要对内阻的变化，即自比较内阻增量进行定量计算，然而这一方案存在以下现实困难：

1）如前所述，电池出厂时无法精确标定其初始内阻，从而使后续测量和计算失去原始依据；

2）影响电池内阻精确值的因素很多，特别是内阻在线运行下的无规则自然波动，使电池未损伤的应有内阻值无法确定，也造成计算自比较内阻增量缺少基准值。

解决以上困难的唯一出路是，用电池组的互比较内阻增量替代自比较内阻增量。实现这种替代必须具备以下前提条件。

（1）电池组采用同一厂家，同一规格的电池，并按一定的规范组装而成，其中包括组装前的一致性测试和组装后的均衡充电规程，其内阻值应有较小的初始分布误差。

（2）上述电池组在同一工作条件下运行，包括同一电流和同一温度，其内阻的在线自然波动应具有相同的历史过程，即内阻值也应具有较小的运行分布误差。

（3）因电池差异性而导致的电池损伤，包括恶性循环所致的损伤叠加总是集中在极少数电池上。这样大多数电池的内阻值变化都将遵循未损伤的电池老化规律。把这种未损伤电池内阻的基础值提取出来，可以作为损伤电池的当前基准内阻，则各电池当前实际内阻值与当前基准内阻值之差即可定义为互比较内阻增量。

只要电