鋰電網訊：對于每一個鋰離子電池開發者而言，安全永遠是鋰電池設計的第一準則，然而沒有任何事物是絕對安全的，我們只能做到盡可能的減少鋰離子電池發生安全事故的風險。內短路對于鋰離子電池而言是非常危險的，在極端的情況下短時間內大量的電流通過短路點，引起局部溫度快速升高，進而引起連鎖反應，導致鋰離子電池發生熱失控。引起鋰離子電池內短路的因素很多，例如生產過程中的金屬雜質，鋰離子電池循環過程中負極產生的Li枝晶等都可能會刺穿正負極的隔膜引起短路。
三星公司在Note 7手機的電池起火事件中損失慘重，因此對于鋰離子電池的安全性研究尤為關注。近日，三星在印度的實驗室開發一種能夠實現對手機鋰離子電池在線監測的方法，該方法借助目前的鋰離子電池管理系統，通過特定的算法判斷鋰離子電池是否發生軟短路，而不需要借助任何新的硬件。
目前針對鋰離子電池內短路監測方法的研究很多，但是作者認為目前多數的內短路監測方法還存在以下問題：
1）多數的監測方法只能檢測到小電阻短路（<100Ω），對于電阻較大（>150Ω）的軟短路目前還缺乏有效的檢測手段，但是如果軟短路沒有及時發現，則有可能發展成為更為嚴重的內短路事故。
2）有許多監測內短路的方法需要使用到特殊的充放電制度，因此在實際使用中難以應用。
3）部分方法只能用于電池組的監測，而不能應用在單體電池的監測。
4）其中一些方法將鋰離子電池的表面溫度作為重要的檢測依據，但是在手機鋰離子電池上我們無法獲得這一數據。
5）部分方法需要非常高的采樣頻率，也導致其在實際中難以應用。
鋰離子電池軟短路對于電池充放電電流和電壓的影響相對較小，因此傳統的檢測手段很難發現鋰離子電池的軟短路，因此作者在這里采用了根據鋰離子電池的充放電特性與其之前的充放電數據進行對比的方法，判斷鋰離子電池是否發生軟短路，不同于傳統的機械學習方法需要大量的數據進行訓練，三星的印度工程師將每次充放電之前的五次充放電數據作為依據，對鋰離子電池是否發生內短路進行判斷，如果有超過50%的特征都表明鋰離子電池發生軟短路，則判斷該電池發生內短路，如果判斷電池沒有發生內短路，則對模型中的數據庫進行更新。
實驗作者采用了下圖所示的等效電路模擬鋰離子電池和鋰離子電池內短路，因此鋰離子電池的充電電壓可以用下式1、2和3進行表述，放電過程電壓變化可以用下式4、5、6進行表述，電池的SoC狀態可以用下式7進行表述。
在鋰離子電池放電過程中的SoC變化可以用下式進行表述，其中h表示電池為健康狀態，f為鋰離子電池發生內短路的狀態。
鋰離子電池一旦發生軟短路，則會導致鋰離子電池內部發生漏電流，進而對鋰離子電池的一些特性產生影響，能夠用于判斷鋰離子電池是否發生軟短路的特征主要有以下幾個：
1.恒壓充電時間
恒流-恒壓充電是鋰離子電池常見的充電策略，首先通過恒流充電使得鋰離子電池的電壓達到截止電壓，然后控制鋰離子電池的電壓不變緩慢降低鋰離子電池的充電電流，直到充電電流達到最低的截止條件。而如果鋰離子電池發生了內短路，則意味著鋰離子電池在充電的過程還存在著漏電流，因此存在內短路電池恒壓充電的時間會比正常的電池更長。
2.充電和放電能量差
由于鋰離子電池存在極化現象，因此通常鋰離子電池的充電能量要大于放電能量，但是對于存在內短路的電池而言，由于存在漏電流，因此相比于正常的電池，其充電能量與放電能量之間的差會更大。
3.放電末期電壓曲線斜率
鋰離子電池在放電的末期，電池的電壓變化比較大，因此很小的SoC波動就會對鋰離子電池的電壓曲線斜率產生比較大的影響，作者計算了放電最后5min的電壓曲線斜率（如下式所示），對于存在內短路的電池而言，由于漏電流的存在，因此電壓曲線的斜率會更大一些。
4.電池整體放電電壓曲線斜率
在正常的使用中，我們往往不會將電池放電至空電，因此無法得到放電末期電壓曲線斜率，但是我們可以通過放電過程的整體電壓曲線斜率進行判斷，如果存在內短路，由于漏電流的存在會導致電壓曲線的斜率增加。
5.電池內阻
電池的內阻可以用下式進行計算，對于存在內短路的電池，由于漏電流的存在，因此鋰離子電池的外電壓要低于正常的電池，但是電池外電路的電流也會相應降低，因此內短路的電池的內阻會相對正常的電池發生變化。
上述的分析方法被應用在了兩種不同的電池上，其中電池1為3.5Ah，電池2為3.0Ah。為了模擬鋰離子電池短路的情形，作者在電池外部并聯了一個大電阻，對于電池1作者采用了1000-150Ω的外電阻模擬內短路，對于電池2則采用了400、300和200Ω的電阻
下圖為一個正常的電池1和一個并聯500Ω外電阻的電池1的恒壓充電階段電流變化曲線，可以明顯看到存在“內短路”情況的電池在恒壓充電時間上要明顯長于正常的電池。
下圖為正常電池與模擬內短路電池在放電末期的電壓曲線，從圖中能夠看到發生內短路的電池在放電的末期，電壓衰降要更快一些，但是我們也注意到在正常的電池連續幾次放電曲線中我們也能夠觀察到放電曲線斜率的變化，這會對我們判斷電池是否發生內短路帶來巨大的挑戰，因此作者在該方法中設置了實時更新數據庫的機制，也就是判斷電池是否發生內短路所采用的數據是該次放電之前的5次充放電數據，從而保證數據庫的實時更新，避免電池的自然老化導致誤判。
下圖為正常電池和發生內短路的電池在放電的過程中電池在整個放電過程中電池內阻的變化，從圖中我們能夠看到在放電的前半段，存在內短路的電池內阻會比正常的電池稍高。
下圖中作者對比了正常鋰電池和發生內短路的電池的不同的參數的變化，從圖中能看到基本在所有的參數上正常電池和發生內短路的鋰電池都存在一定的區別，因此這也是我們判斷鋰離子電池是否發生內短路的重要依據。
三星的印度工程師開發的這種用于檢測鋰離子電池是否發生內短路（軟短路）的方法不需要使用特殊的硬件設施，僅僅需要采集電池管理系統（BMS）中的充放電數據，通過與數據庫中的充放電數據進行對比就能夠及時的發現鋰離子電池內短路，從而避免產生更為嚴重的后果。
