鋰離子動(dòng)力電池外部短路測(cè)試平臺(tái)開發(fā)與試驗(yàn)分析*

楊瑞鑫 熊 瑞 孫逢春

(北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院 北京 100081)

1 引言

發(fā)展電動(dòng)汽車是國(guó)際共識(shí)，也是我國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略。鋰離子動(dòng)力電池具有高比功率和高比能量的雙重優(yōu)勢(shì)，是目前電動(dòng)汽車較為理想的動(dòng)力源。隨著電動(dòng)汽車普及應(yīng)用，頻發(fā)的起火事故被媒體爭(zhēng)相報(bào)道，電池的安全性引起了極高的公眾關(guān)注度[1]。動(dòng)力電池的安全性直接關(guān)系使用者的生命財(cái)產(chǎn)安全[2-3]。

動(dòng)力電池存在起火、爆炸等安全隱患，車載應(yīng)用時(shí)的頻繁動(dòng)態(tài)加載、復(fù)雜溫濕度環(huán)境等又為動(dòng)力電池的安全性提出了更高的要求[4-5]。誘發(fā)動(dòng)力電池安全事故的內(nèi)部機(jī)理是電池發(fā)生電濫用、熱濫用和機(jī)械濫用等情況，進(jìn)一步觸發(fā)電池?zé)崾Э豙6-7]。熱失控觸發(fā)機(jī)制較為復(fù)雜，現(xiàn)有研究將其總結(jié)為：內(nèi)部短路、外部短路、過充電和過放電[8-9]。外部短路是電動(dòng)汽車安全事故中最易出現(xiàn)的故障之一，也是觸發(fā)電池?zé)崾Э氐闹匾颉Ｎ墨I(xiàn)[10]中統(tǒng)計(jì)并分析了2014～2019 年電動(dòng)汽車典型起火事件，結(jié)論表明電動(dòng)汽車的起火事故中由外部短路故障而引發(fā)的占比超20%。

外部短路的觸發(fā)誘因通常包括：電動(dòng)汽車碰撞時(shí)電池箱被擠壓、穿刺，電池箱密封失效造成液體、水汽或金屬粉塵侵入導(dǎo)致，采樣線束短路等。外部短路在短路瞬間會(huì)產(chǎn)生大電流放電，引發(fā)電池溫度急劇上升。同時(shí)，外部短路常耦合電濫用與熱濫用情況，當(dāng)動(dòng)力電池發(fā)生外部短路后通常在電池內(nèi)部發(fā)生一系列電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)一系列放熱反應(yīng)，最終引發(fā)熱失控災(zāi)害[11]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)動(dòng)力電池外部短路開展了大量研究，主要包括外部短路試驗(yàn)、電-熱特性分析與建模、溫升預(yù)測(cè)與故障診斷等方面。慕尼黑工業(yè)大學(xué)RHEINFELD 等[12-13]應(yīng)用單層軟包電池開展了準(zhǔn)等溫外部短路測(cè)試并建立了電化學(xué)-熱耦合模型，模型能夠描述試驗(yàn)觀察到的整個(gè)短路過程電流和產(chǎn)熱速率的特征變化，利用該模型的仿真結(jié)果證實(shí)了電極設(shè)計(jì)對(duì)短路動(dòng)力學(xué)有顯著影響。KUPPER 等[14]應(yīng)用LFP/石墨26650 電池在20 ℃下開展了外部短路試驗(yàn)，提出一種準(zhǔn)三維模型，其中，宏觀維度(～1 cm)表示沿徑向方向的熱量傳遞和溫度梯度，細(xì)觀維度(～200 μm)表示電極對(duì)之間的電荷運(yùn)輸，微觀維度(～1 μm)表示嵌入鋰離子的活性顆粒。利用該模型仿真電流結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果接近，并證明了外部短路發(fā)生后隔膜閉孔的現(xiàn)象。英國(guó)華威大學(xué)Ahmed 團(tuán)隊(duì)開展了不同短路電阻的外部短路試驗(yàn)(mΩ級(jí)別)，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)外電阻較小的情況下，電壓下降快，升溫速率高且最大溫升高[15]。歐盟聯(lián)合研究中心Kriston 團(tuán)隊(duì)對(duì)NCM 和NCA 兩類三元正極材料電池開展了不同短路電阻的外部短路試驗(yàn)(mΩ級(jí)別)，試驗(yàn)觀測(cè)到短路觸發(fā)后電池放電可分三個(gè)階段(200C/50C/強(qiáng)制放電)，同時(shí)利用CT 掃描和掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope，SEM)觀測(cè)電池?fù)p傷了解損傷程度與外電阻大小成反比[16]。中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了電池單體外部短路測(cè)試平臺(tái)，開展了不同環(huán)境溫度、不同初始荷電狀態(tài)(State of charge，SOC)等條件下的電池單體外部短路試驗(yàn)，試驗(yàn)觀測(cè)到高初始SOC 電池外部短路后溫升相對(duì)較高，但短路過程放出的電量相對(duì)較少[17]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)ZHANG 等[18]研究了短時(shí)間外部短路后對(duì)電池長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)過程中容量衰減機(jī)理的影響，SEM 結(jié)果表明，正極材料的形貌幾乎沒有改變，但由于短路引起的高溫，使SEI 膜變得不均勻。北京理工大學(xué)熊瑞教授團(tuán)隊(duì)研究了復(fù)雜狀態(tài)下的電池外部短路特性、產(chǎn)熱模式、損傷機(jī)理、建模以及診斷方法[19-22]。

以上針對(duì)動(dòng)力電池外部短路的研究較為豐富，但缺乏系統(tǒng)性的外部短路試驗(yàn)以模擬電動(dòng)汽車實(shí)際應(yīng)用中復(fù)雜多變的故障場(chǎng)景。本文針對(duì)某商用鋰離子動(dòng)力電池，通過開發(fā)動(dòng)力電池單體及系統(tǒng)外部短路試驗(yàn)平臺(tái)，開展不同初始SOC、環(huán)境溫度、短路電阻值、短路時(shí)間和老化狀態(tài)條件下動(dòng)力電池單體外部短路試驗(yàn)，以及不同條件下的電池系統(tǒng)外部短路試驗(yàn)，以揭示外部短路故障下電池的電-熱特性及其失效行為的演變規(guī)律。本文的研究將為后續(xù)動(dòng)力電池外部短路故障數(shù)據(jù)庫的建立、建模、故障診斷及溫升預(yù)測(cè)的研究提供數(shù)據(jù)支撐。

2 外部短路測(cè)試對(duì)象與試驗(yàn)平臺(tái)搭建

為模擬鋰離子動(dòng)力電池外部短路故障，需要搭建專門的測(cè)試系統(tǒng)。為此，基于傳統(tǒng)的動(dòng)力電池充放電裝置、溫度箱，開發(fā)了動(dòng)力電池單體及系統(tǒng)外部短路安全可控試驗(yàn)平臺(tái)。

2.1 動(dòng)力電池外部短路測(cè)試對(duì)象

測(cè)試對(duì)象為某商業(yè)化18650 型動(dòng)力電池，正極材料為鎳鈷錳，其化學(xué)式為L(zhǎng)i(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2。圖1 展示了這款動(dòng)力電池外觀，表1 介紹了電池規(guī)格書中的關(guān)鍵參數(shù)。

2.2 動(dòng)力電池單體外部短路試驗(yàn)平臺(tái)

圖2 為本文動(dòng)力電池單體外部短路試驗(yàn)平臺(tái)原理圖，主要用于開展動(dòng)力電池單體外部短路試驗(yàn)。該平臺(tái)主要包括：①氣動(dòng)短路控制主機(jī)(該設(shè)備由東莞貝爾試驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)，型號(hào)BE-XL-5000A，額定電流5 000 A)；② 為短路主機(jī)提供氣源的空氣壓縮機(jī)；③防爆高低溫試驗(yàn)箱；④ 日置LR8401-21 高精度數(shù)據(jù)記錄儀(數(shù)據(jù)記錄時(shí)間間隔為0.02 s)；⑤ 霍爾傳感器MIK-DZI-100A；⑥ K 型熱電偶溫度傳感器。

外部短路通過短路控制主機(jī)控制主接觸器閉合來觸發(fā)，主接觸器由紫銅加工而成，表面鍍鎳處理，采用大面積弧面結(jié)構(gòu)，大接觸面確保短路瞬間可承受足夠大的電流。在觸發(fā)外部短路時(shí)，主接觸器置于真空箱之中，確保短路瞬間不產(chǎn)生電弧，且短路回路的外電阻值小于5 mΩ。此外，使用防爆高低溫試驗(yàn)箱在進(jìn)一步確保試驗(yàn)安全的同時(shí)，可為外部短路試驗(yàn)提供目標(biāo)環(huán)境溫度。

試驗(yàn)開始前，首先將待測(cè)動(dòng)力電池SOC 初始化至目標(biāo)值，并調(diào)整高低溫試驗(yàn)箱至目標(biāo)溫度。將初始化完成的動(dòng)力電池放入高低溫試驗(yàn)箱中，連接動(dòng)力電池正負(fù)極端子以及數(shù)據(jù)記錄儀，并靜置一段時(shí)間(本試驗(yàn)為60 min)，以確保動(dòng)力電池內(nèi)外部溫度與環(huán)境溫度一致。試驗(yàn)過程中，首先開啟數(shù)據(jù)記錄儀，實(shí)時(shí)采集并記錄電池的電壓、電流與溫度信息。通過短路控制主機(jī)上位機(jī)界面，遠(yuǎn)程控制主接觸器閉合，觸發(fā)電池外部短路。外部短路被觸發(fā)后，動(dòng)力電池的電流通過霍爾傳感器采集，傳輸至數(shù)據(jù)記錄儀；電壓則直接由數(shù)據(jù)記錄儀讀取；兩個(gè)熱電偶傳感器分別置于圓柱形電池的靠近正極和靠近負(fù)極的位置，兩溫度傳感器信號(hào)直接由數(shù)據(jù)記錄儀讀取，取兩個(gè)溫度傳感器數(shù)據(jù)的平均值作為電池的實(shí)際溫度。最后，按照第3.1～3.6 節(jié)中不同試驗(yàn)?zāi)康模O(shè)置試驗(yàn)結(jié)束的截止條件，如電流、電壓為0 并保持5 min 試驗(yàn)結(jié)束。

2.3 動(dòng)力電池系統(tǒng)外部短路試驗(yàn)平臺(tái)

由于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)由成百上千動(dòng)力電池單體經(jīng)過串、并聯(lián)方式組成，以提高電壓平臺(tái)和能量輸出水平。在實(shí)際應(yīng)用中，外部短路故障不僅可能發(fā)生在處于靜態(tài)的單體，還有可能發(fā)生在電池系統(tǒng)整體或發(fā)生在位于正在充放電的動(dòng)力電池系統(tǒng)之中的某一單體。因此，本節(jié)搭建了動(dòng)力電池系統(tǒng)外部短路試驗(yàn)平臺(tái)，該試驗(yàn)平臺(tái)在動(dòng)力電池單體外部短路試驗(yàn)平臺(tái)基礎(chǔ)之上，增加了100V-300A-4CH的Arbin 電池組充放電系統(tǒng)，如圖3 所示。該設(shè)備的引入可為動(dòng)力電池系統(tǒng)加載動(dòng)態(tài)工況，使外部短路故障試驗(yàn)更加貼近電動(dòng)汽車實(shí)際應(yīng)用情況。

在進(jìn)行動(dòng)力電池系統(tǒng)試驗(yàn)之前，需要將若干單體電芯串聯(lián)/并聯(lián)成組。本文使用點(diǎn)焊機(jī)將各個(gè)單體電芯利用鎳片焊接成模組供試驗(yàn)使用，點(diǎn)焊機(jī)工作過程如圖4 所示。

圖3 動(dòng)力電池系統(tǒng)外部短路試驗(yàn)平臺(tái)

圖4 點(diǎn)焊機(jī)工作過程

3 外部短路試驗(yàn)及結(jié)果分析

本節(jié)將利用所搭建的動(dòng)力電池單體及系統(tǒng)外部短路試驗(yàn)平臺(tái)，開展不同初始SOC、環(huán)境溫度、短路電阻值、短路時(shí)間和老化狀態(tài)條件下動(dòng)力電池單體外部短路試驗(yàn)，以及串聯(lián)電池組整體外部短路試驗(yàn)和混聯(lián)電池組充放電過程中個(gè)別單體發(fā)生外部短路的試驗(yàn)。獲得的試驗(yàn)結(jié)果將用來揭示外部短路故障下電池的電-熱特性及其失效行為的演變規(guī)律。

3.1 初始SOC 和環(huán)境溫度對(duì)外部短路特性影響

為探明不同初始SOC 和不同環(huán)境溫度對(duì)動(dòng)力電池外部短路故障特性的影響，本節(jié)分別針對(duì)動(dòng)力電池單體開展了多種初始SOC 和多種環(huán)境溫度下的外部短路試驗(yàn)。試驗(yàn)條件包括低、中和高三種SOC階段 (即SOC=20%、40%、60%、80%和100%)以及低溫、常溫和高溫四種環(huán)境溫度(即 -10 ℃、10 ℃、20 ℃和40 ℃)。

記錄動(dòng)力電池外部短路過程的電流、電壓和溫度信息，試驗(yàn)結(jié)果繪制如圖5～7 所示。圖5～7 分別表示不同初始SOC、不同環(huán)境溫度條件下的電池電流、電壓和溫度的試驗(yàn)結(jié)果，其中在三幅圖中，子圖a～d 均分別表示在40 ℃、20 ℃、10 ℃和-10 ℃條件下的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)束后，觀測(cè)到在10 ℃下SOC=40%和SOC=80%、-10 ℃下SOC=60%和SOC=80%的電池發(fā)生電解液泄漏現(xiàn)象，漏液電池標(biāo)記在試驗(yàn)結(jié)果曲線上。發(fā)生漏液的原因是電池內(nèi)部發(fā)生劇烈電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣體，氣壓過大導(dǎo)致電池結(jié)構(gòu)破裂，電解液漏出。

圖5 不同初始SOC、不同溫度條件下電流隨時(shí)間變化

從圖5 和圖6 中可以看到，動(dòng)力電池在不同試驗(yàn)條件下發(fā)生外部短路后，其電流、電壓的特性表現(xiàn)可總結(jié)為：首先，電流和電壓在1 s 內(nèi)分別迅速升高和下降，電流達(dá)到峰值，電壓降至1 V 以下。然后，電流達(dá)到峰值后受到抑制并逐漸降低，在初始SOC 相對(duì)小的條件下電流更容易出現(xiàn)放電平臺(tái)，持續(xù)數(shù)十秒；同時(shí)，當(dāng)電壓則降至1 V 以下后也出現(xiàn)一段時(shí)間的放電平臺(tái)。根據(jù)文獻(xiàn)[14]中介紹，在電池發(fā)生外部短路后，電流迅速升高但受到抑制后逐漸降低的原因是大電流產(chǎn)生焦耳熱聚集在電池內(nèi)部，使得電池內(nèi)部溫度升高(從圖7 中可以看出)，進(jìn)而致使隔膜產(chǎn)生“閉孔”效應(yīng)，從而降低了鋰離子擴(kuò)散與遷移的速率，反映到試驗(yàn)現(xiàn)象為電流經(jīng)歷峰值之后逐漸降低。最后，在經(jīng)歷大電流放電后，電流和電壓同時(shí)進(jìn)入截止區(qū)，此后電壓和電流持續(xù)為0，預(yù)示電池發(fā)生了損傷不能持續(xù)放電。

圖6 不同初始SOC、不同溫度條件下電壓隨時(shí)間變化

電池外部短路的溫升特性如圖7 所示。外部短路發(fā)生后，電池內(nèi)部發(fā)生了一系列放熱反應(yīng)，大量熱量聚集電池內(nèi)部導(dǎo)致溫度也迅速上升，達(dá)到峰值后緩慢下降。相比于電流、電壓特性，溫升特性的響應(yīng)具有明顯滯后性，如在初始SOC=100%、環(huán)境溫度40 ℃條件下，在短路發(fā)生后10 s 左右電流截止，而溫度在40 s 左右才達(dá)到峰值。溫度相對(duì)于電流和電壓的滯后原因之一是試驗(yàn)測(cè)得溫度為電池表面溫度，內(nèi)部溫度的上升傳遞到表面有一定滯后時(shí)間。由于溫度沒有進(jìn)一步升高達(dá)到隔膜的熔點(diǎn)，因此電池沒有發(fā)生大面積的內(nèi)部短路，進(jìn)而沒有熱失控的發(fā)生。

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看到，在40 ℃和20 ℃下，高初始SOC 電池的峰值電流值、溫升速率一般大于較低初始SOC 電池，而低初始SOC 電池的放電持續(xù)時(shí)間、最大溫升一般大于高初始SOC 電池。例如，從圖5a 和圖7a 中可以看出SOC=20%條件下短路電流峰值最小、放電持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、起始溫升速率最低且最大溫升值最高。在這兩種溫度下，動(dòng)力電池的峰值電流可達(dá)60 C 左右(40 ℃) 和52 C 左右(20 ℃) 。

對(duì)比環(huán)境溫度10 ℃和 -10 ℃條件下的結(jié)果，溫度較高時(shí)，外部短路后的瞬間電池產(chǎn)生出更高的電流，隨環(huán)境溫度的下降，電池的峰值電流有著明顯的減小。這主要是因?yàn)檫^低的環(huán)境溫度導(dǎo)致電池的內(nèi)阻增大，抑制了大電流的產(chǎn)生，從電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理角度可以解釋為低溫下電解液的黏度增大，電導(dǎo)率降低，鋰離子遷移與擴(kuò)散速率降低，同時(shí)電解液/電極界面膜阻抗和電荷轉(zhuǎn)移阻抗增大。但是隨著外部短路的持續(xù)，電池的溫度快速上升(圖7)、電池內(nèi)阻減小，電壓的下降和溫度的上升兩種效果耦合在一起，導(dǎo)致進(jìn)入電壓放電平臺(tái)之后電流還可能呈現(xiàn)出第二次電流峰值(圖5)。此外，隨著環(huán)境溫度的下降，外部短路的放電持續(xù)時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，如圖5d 所示，在初始SOC=20%、環(huán)境溫度 -10 ℃條件下，電池放電持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，這可以理解為低溫環(huán)境導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大對(duì)電池起了一定的保護(hù)作用，使電池在短時(shí)間內(nèi)不太容易被“毀壞”。

圖7 不同初始SOC、不同溫度條件下溫度隨時(shí)間變化

3.2 短路電阻值對(duì)外部短路特性影響

在以上探究初始SOC 和環(huán)境溫度對(duì)動(dòng)力電池外部短路特性影響的試驗(yàn)中，均將短路外電阻設(shè)定為試驗(yàn)平臺(tái)可達(dá)到的最小電阻，即5 mΩ，以模擬最嚴(yán)苛條件下的外部短路故障特性。但在實(shí)際應(yīng)用中，外部短路也有可能在外電阻較大的情況下發(fā)生，因此，本節(jié)將開展不同短路電阻值的外部短路試驗(yàn)，以研究短路電阻大小對(duì)外部短路特性的影響，同時(shí)可以更加全面了解外部短路特性。

在同一環(huán)境溫度20 ℃下，分別在初始SOC 分別為20%、50%和80%條件下開展了40 mΩ、55 mΩ、75 mΩ和108 mΩ外部短路試驗(yàn)。由于在前一節(jié)中已經(jīng)探明了不同環(huán)境溫度對(duì)外部短路故障的影響，因此本節(jié)僅在環(huán)境溫度20 ℃下開展試驗(yàn)，重點(diǎn)研究在不同初始SOC 條件下，不同短路電阻值對(duì)外部短路故障特性的影響。圖8 和圖9 分別為外部短路發(fā)生后電池的電流和電壓隨時(shí)間變化的結(jié)果，圖8a～c和圖9a～c 分別為在SOC 分別為20%、50%和80%條件下，不同電阻值對(duì)電池電流和電壓結(jié)果的影響。圖10 為外部短路發(fā)生后電池的溫度隨時(shí)間變化，其中，圖10a～c 分別為在SOC 分別為20%、50%和80%條件下，不同電阻值對(duì)電池溫度結(jié)果的影響。

從圖8 和圖9 中可以看到，外部短路發(fā)生后的瞬間，短路電阻值較小的電池峰值電流更大，且所有電池的峰值電流均小于第3.1 節(jié)中電池外部短路后的峰值電流(如圖5 所示，短路電阻5 mΩ)，這一特性也符合歐姆定律。同時(shí)，短路電阻值較大的電池電壓平臺(tái)更高。從兩圖中還可以看到在相同電阻值條件下，短路電流值隨初始SOC 的增大而增大。例如，在初始SOC=80%條件下，電阻40 mΩ的電池第一個(gè)電流峰值約24 C，第二個(gè)電流峰值約為16 C；而在初始SOC=20%條件下，電阻40 mΩ的電池兩個(gè)電流峰值則分別為20 C 左右和8 C 左右。此外，隨著短路電阻值的增大和初始SOC 的降低，外部短路后放電持續(xù)時(shí)間明顯增加，電流和電壓曲線的截止時(shí)間推后明顯。例如，從圖8a 可觀察到，在初始SOC=20%、短路電阻108 mΩ條件下，放電持續(xù)時(shí)間超過250 s，且電流持續(xù)而緩慢下降，未呈現(xiàn)突然截止的現(xiàn)象。因此，根據(jù)不同短路電阻值和不同初始SOC 條件下的外部短路試驗(yàn)結(jié)果可知，短路電阻值越大、初始SOC越低，對(duì)電池的損傷程度越低，且損壞電池所需要的時(shí)間越長(zhǎng)。

圖8 不同短路電阻、不同初始SOC 條件下電流隨時(shí)間變化

圖9 不同短路電阻、不同初始SOC 條件下電壓隨時(shí)間變化

從圖10 短路后電池的溫升結(jié)果可知，在不同初始SOC 條件下，短路電阻值較小的電池溫升速率較高。在低SOC 下，電阻值較小的電池達(dá)到最大溫升值較高；而在高SOC 下，電阻值較小的電池達(dá)到的最大溫升值則較低。此外，雖然在第3.1節(jié)中分析了溫升特性相比于電特性的響應(yīng)具有明顯滯后性，但在本節(jié)試驗(yàn)中可以看到，隨著短路電阻的增加，兩特性之間響應(yīng)時(shí)間在逐漸縮小。例如，從圖8a 和圖10a 中可以看出，短路電阻108 mΩ條件下的電池溫度在200 s 左右達(dá)到峰值，此時(shí)電流并沒有完全截止；而短路電阻40 mΩ條件下的電池溫度在110 s 左右達(dá)到峰值，但電流已經(jīng)在近100 s處完全截止，從而體現(xiàn)了短路電阻對(duì)溫升滯后性的影響。

圖10 不同短路電阻、不同初始SOC 條件下溫度隨時(shí)間變化

3.3 短路時(shí)間對(duì)外部短路特性影響

上述動(dòng)力電池外部短路試驗(yàn)都是在短路回路長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)接通下進(jìn)行的，例如接通時(shí)間長(zhǎng)于180 s，即發(fā)生外部短路后直到電池完全損壞后試驗(yàn)終止。但在實(shí)際應(yīng)用中，無論是車用動(dòng)力電池系統(tǒng)加裝保險(xiǎn)絲的方式，還是基于模型的故障診斷方法，在處理外部短路故障時(shí)，有必要了解不同外部短路持續(xù)時(shí)間對(duì)電池?fù)p傷程度的影響。若能確定在某一時(shí)間閾值下，電池發(fā)生外部短路故障后出現(xiàn)不可逆損傷，則這一時(shí)間閾值可為電池管理系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)或硬件設(shè)計(jì)提供參考。因此，本節(jié)將開展不同短路時(shí)間下的動(dòng)力電池外部短路試驗(yàn)，研究不同短路時(shí)間對(duì)外部短路特性的影響。

試驗(yàn)在同一環(huán)境溫度20 ℃下進(jìn)行的。分別在初始SOC 為20%、50%和80%條件下，開展不同短路時(shí)間的外部短路試驗(yàn)。試驗(yàn)前，已經(jīng)測(cè)試了電池在健康狀態(tài)下的容量及充放電動(dòng)態(tài)特性，目的是為了對(duì)比經(jīng)歷不同短路時(shí)間的電池的損傷程度。在每個(gè)初始SOC 條件下，分別按10 s 間隔累加的短路時(shí)間來控制外部短路回路接通時(shí)間，即持續(xù)短路時(shí)間分別為10 s，20 s，30 s，…，直到增加的時(shí)間將電池?fù)p壞后，停止試驗(yàn)。這里在每次不同短路時(shí)間的試驗(yàn)中，都是針對(duì)同類型不同的電池開展，以確定單次外部短路電池?fù)p傷程度的影響。

圖11 表示不同短路時(shí)間、不同初始SOC 條件下電流隨時(shí)間變化曲線。其中，圖11a～11c 分別為初始SOC=20%、50%和80%條件下不同短路時(shí)間電池電流的測(cè)試結(jié)果，同時(shí)在圖中標(biāo)記出了短路回路接通的時(shí)刻。圖12a～12c 分別為初始SOC=20%、50%和80%條件下不同短路時(shí)間電池電壓的測(cè)試結(jié)果。圖13a～13c 分別為初始SOC=20%、50%和80%條件下不同短路時(shí)間電池溫度的測(cè)試結(jié)果。

圖11 不同短路時(shí)間、不同初始SOC 條件下電流隨時(shí)間變化

從本節(jié)實(shí)際開展的試驗(yàn)情況來看，在初始SOC=20%條件下，分別開展了短路時(shí)間10 s、20 s、30 s、40 s、50 s 和60 s 的試驗(yàn)，而在60 s 的試驗(yàn)中，58.3 s 時(shí)電流和電壓突然截止為 0；在初始SOC=50%條件下，分別開展了短路時(shí)間10 s、20 s、30 s 和40 s 的試驗(yàn)，而在40 s 的試驗(yàn)中，35.8 s 時(shí)電流和電壓突然截止為0；在初始SOC=80%條件下，分別開展了短路時(shí)間10 s、20 s、30 s 和40 s 的試驗(yàn)，而在40 s 的試驗(yàn)中，31.8 s 時(shí)電流和電壓突然截止為0。其中，58.3 s、35.8 s 和31.8 s 可以認(rèn)為是損壞電池的時(shí)間(電壓截止至0 V，且不能恢復(fù)至正常值)，而這一時(shí)間上的差別也證明了第3.1 節(jié)中初始SOC 對(duì)外部短路故障的影響，即低SOC 條件下放電持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，電池發(fā)生損壞所需時(shí)間更長(zhǎng)。

圖12 不同短路時(shí)間、不同初始SOC 條件下電壓隨時(shí)間變化

如圖12 所示，在一定的短路時(shí)間結(jié)束之后，電池電壓開始回升，從上述不同試驗(yàn)條件下的結(jié)果可以看出，只要短路持續(xù)時(shí)間沒有達(dá)到電池電流截止區(qū)，短路之后電池都會(huì)回升到較高的電壓狀態(tài)。例如在初始SOC=20%條件下，短路時(shí)間10～50 s 的情況下，短路之后電池電壓均迅速恢復(fù)到了3 V 以上，電池并沒有坍塌性損壞；但是在短路時(shí)間58.3 s后，電池電壓并沒有得到恢復(fù)，表示電池已經(jīng)損壞。類似的結(jié)果也可以從初始SOC 分別為50%和80%的情況中得到。

在不同條件的外部短路試驗(yàn)中，電池放電容量、最大溫升的結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表2 所示。從整體上看，隨著短路持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)，放電容量和最大溫升同步上升，沒有發(fā)生突變，放電容量和最大溫升的大小基本與短路持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短呈正比。由于電流或電壓未達(dá)到0 A 或0 V，試驗(yàn)結(jié)束后電池電壓均恢復(fù)到3 V 以上，因此仍然可以進(jìn)行充放電操作，而短路電流進(jìn)入放電截止區(qū)的電池已經(jīng)損壞，無法進(jìn)行充放電操作了。對(duì)未損壞的電池進(jìn)行容量標(biāo)定試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2 所示。從表中結(jié)果可以看出，短路時(shí)間較長(zhǎng)的電池容量結(jié)果稍低于標(biāo)稱容量，經(jīng)過外部短路試驗(yàn)后有了“加速老化試驗(yàn)”的效果，而當(dāng)短路時(shí)間到了某一特定值之后，電池發(fā)生不可逆損壞，無法進(jìn)行充放電。此外，在相同的短路持續(xù)時(shí)間下，初始SOC 越高，電池?fù)p傷程度越大，例如，在短路時(shí)間為30 s 時(shí)，初始SOC=20%的電池容量結(jié)果與標(biāo)稱容量基本相近，而初始SOC 分別為50%和80%的電池容量結(jié)果分別為2.28 A·h 和2.12 A·h，容量損失程度呈增加趨勢(shì)。

表2 放電容量、最大溫升和短路后容量測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著短路時(shí)間的增加，外部短路對(duì)動(dòng)力電池的損傷程度在一定時(shí)間范圍內(nèi)呈緩慢增加的趨勢(shì)，但當(dāng)短路時(shí)間超過某一特定閾值時(shí)，電池會(huì)發(fā)生不可逆的坍塌性損壞，可將這一閾值稱為電池外部短路的“臨界失效時(shí)間”。如果在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)之前終止外部短路故障，短路之后的電池并沒有明顯損壞，仍然可以繼續(xù)工作。確定這一故障的“臨界失效時(shí)間”對(duì)于動(dòng)力電池系統(tǒng)外部短路故障診斷非常重要，可為故障診斷算法設(shè)計(jì)或硬件電路設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

圖13 不同短路時(shí)間、不同初始SOC 條件下溫度隨時(shí)間變化

3.4 老化狀態(tài)對(duì)外部短路特性影響

在前述所有試驗(yàn)中，測(cè)試的動(dòng)力電池均為新鮮電池，即SOH 約為100%(SOH 的定義為當(dāng)前最大可用容量與標(biāo)稱容量的比值) 。考慮在電動(dòng)汽車實(shí)際應(yīng)用中，隨著使用充放電循環(huán)的增加，動(dòng)力電池會(huì)發(fā)生老化(容量衰減) 。因此，本節(jié)有必要研究不同老化狀態(tài)對(duì)動(dòng)力電池外部短路特性的影響。

在正式開展本節(jié)試驗(yàn)之前，需要準(zhǔn)備不同老化狀態(tài)的電池測(cè)試樣本。為此，采用1C 充-1C 放的方式對(duì)兩支新電池進(jìn)行老化試驗(yàn)，當(dāng)兩支動(dòng)力電池SOH 分別達(dá)到90%和80%時(shí)停止老化試驗(yàn)。另選同一批次一支新電池，針對(duì)這三種老化狀態(tài)(即SOH=100%、SOH=90%和SOH=80%)的動(dòng)力電池進(jìn)行外部短路試驗(yàn)。由于本節(jié)重點(diǎn)對(duì)比不同老化狀態(tài)對(duì)外部短路故障特性的影響，因此為控制單一變量，在同一環(huán)境溫度20 ℃和同一初始SOC=50%條件下開展外部短路試驗(yàn)。

圖14a 和14b 分別為不同老化狀態(tài)電池電流和溫度隨時(shí)間變化結(jié)果。從電流結(jié)果可知，在發(fā)生外部短路瞬間，老化后的電池放電電流峰值會(huì)降低，隨后，大電流放電平臺(tái)也會(huì)降低且持續(xù)時(shí)間增加。從溫度試驗(yàn)結(jié)果可知，電池老化后溫升速率會(huì)降低，但可達(dá)到的最大溫升會(huì)增加。產(chǎn)生這一規(guī)律的原因?yàn)殡姵乩匣髢?nèi)阻增加，內(nèi)阻的增加會(huì)抑制大電流的產(chǎn)生，隨著放電時(shí)間的增加和內(nèi)阻的增加，產(chǎn)熱量也會(huì)增加，導(dǎo)致老化電池短路后的最大溫升較高。這種電池老化對(duì)外部短路特性的影響類似于第2.3 節(jié)中所述的初始SOC 降低對(duì)外部短路特性的影響，即較低的初始SOC 短路后電池電流較小，溫升速率較低，但取得的最大溫升較高。此外，從圖14a 中還可以看出電池SOH=90%和SOH=80%的特性較為接近。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)了三支電池外部短路后的放電容量，如表3所示。從表中可知，電池老化狀態(tài)對(duì)外部短路過程的放電容量影響較小，但隨著電池老化程度增加，外部短路過程的放電容量略微增加。

圖14 不同老化狀態(tài)的電池電流和溫度隨時(shí)間變化

表3 不同老化狀態(tài)電池短路過程的放電容量統(tǒng)計(jì) A·h

3.5 串聯(lián)電池組外部短路特性分析

在前述章節(jié)中，動(dòng)力電池外部短路試驗(yàn)均是針對(duì)電池單體開展，這有助于從本質(zhì)上探究不同外部短路條件對(duì)動(dòng)力電池單體電-熱特性的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，為提高動(dòng)力電池電壓平臺(tái)以及能量輸出水平，動(dòng)力電池系統(tǒng)由成百上千動(dòng)力電池單體經(jīng)過串、并聯(lián)方式組成。而外部短路故障也不止可能發(fā)生在電池組中的某一單體，還有可能發(fā)生在電池包整體、電池模組整體以及局部多單體串聯(lián)整體。因此，有必要開展串聯(lián)電池組整體外部短路試驗(yàn)，以闡明外部短路故障對(duì)電池組整體性能以及電池組內(nèi)各個(gè)單體性能的影響。

在本節(jié)中，基于第2.3 節(jié)所介紹的動(dòng)力電池系統(tǒng)外部短路試驗(yàn)平臺(tái)，共開展兩組串聯(lián)電池組的外部短路故障試驗(yàn)。兩組試驗(yàn)為針對(duì)6 串電池組開展的重復(fù)性試驗(yàn)，以探究串聯(lián)電池組外部短路特性是否具備可重復(fù)性。試驗(yàn)均在環(huán)境溫度30 ℃和各單體初始SOC=50%條件下進(jìn)行的。圖15 表示了6 串電池組01 的外部短路試驗(yàn)結(jié)果，其中，圖15a 表示各單體電壓及總電壓隨時(shí)間變化，圖15b 表示各單體溫度隨時(shí)間變化，圖15c 表示電池組總電流隨時(shí)間變化；圖16表示6 串電池組02 的外部短路試驗(yàn)結(jié)果，其中，圖16a～c 分別表示的含義與圖15a～c 相似。

圖15 電池組01 電壓、溫度與電流的試驗(yàn)結(jié)果

圖16 電池組02 電壓、溫度與電流的試驗(yàn)結(jié)果

如圖15 和圖16 所示，在觸發(fā)電池組外部短路后瞬間，各單體電壓及電池組總電壓迅速下降至0 V左右(見圖15a 和圖16a)，同時(shí)，各單體的溫度隨之迅速升高(見圖15b 和圖16b)，電池組總電流也迅速升高達(dá)到峰值(見圖15c 和圖16c)。在電池組各個(gè)單體電壓及總電壓降至0 V 左右并維持十幾秒后，電池組內(nèi)各單體電壓出現(xiàn)明顯的不一致，如電池組01的單體01 和06 出現(xiàn)負(fù)值電壓(見圖15a)、電池組02 的單體02 出現(xiàn)負(fù)值電壓(見圖16a)。發(fā)生這種現(xiàn)象的原因是，電池組內(nèi)各個(gè)單體存在不一致性。在外部短路發(fā)生后，“薄弱”單體首先發(fā)生損傷后進(jìn)一步過放電，使得電壓出現(xiàn)負(fù)值，出現(xiàn)反極現(xiàn)象[23]。與此同時(shí)，其他單體為維持電池組0 V 的總電壓平衡狀態(tài)，電壓則出現(xiàn)了上升。對(duì)比圖15a 和15b 以及圖16a 和16b 可知，出現(xiàn)電壓負(fù)值的單體基本上具有較高的最大溫升，如電池組01 中單體01、電池組02 中單體02，表明這些單體內(nèi)部發(fā)生了更加劇烈的電化學(xué)反應(yīng)。從圖15c 和圖16c 中可以看到，電池組外部短路總電流達(dá)到峰值后緩慢下降，在單體外部短路試驗(yàn)中也有類似的現(xiàn)象，原因是大電流導(dǎo)致隔膜閉孔，使得電流下降。

根據(jù)以上對(duì)串聯(lián)電池組外部短路試驗(yàn)結(jié)果的分析，可以將電池單體和電池組的外部短路特性進(jìn)行如下對(duì)比。

(1) 單體發(fā)生外部短路后的電壓響應(yīng)與電池組整體外部短路后各單體的電壓響應(yīng)較為不同。具體表現(xiàn)在，單體外部短路的電壓響應(yīng)具備較高的可重復(fù)性，而串聯(lián)電池組內(nèi)各單體雖然具有同環(huán)境溫度、同SOC 的初始條件，但短路后的電壓響應(yīng)差別較大，有正有負(fù)(見圖15a)。

(2) 雖然單體外部短路的電壓響應(yīng)與電池組內(nèi)各個(gè)單體的電壓響應(yīng)不同，但如果將串聯(lián)電池組視為整體，即“大單體”，則電池組整體的電壓響應(yīng)特征與單體的特征基本一致，這也為基于模型的外部短路故障診斷提供建模思路。

(3) 單體外部短路后的溫升趨勢(shì)與電池組整體短路后的內(nèi)部各個(gè)單體的溫升趨勢(shì)基本一致，但由于電池組內(nèi)存在不一致性，使得組內(nèi)各個(gè)單體的初始外部短路條件雖然相同，但溫度一致性相比單體外部短路的溫度一致性較差(見圖15a)。

(4) 單體外部短路后的電流與電池組整體外部短路后的總電流較為一致，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是，串聯(lián)電池組內(nèi)各個(gè)單體的電池內(nèi)阻也串聯(lián)增加，因而未出現(xiàn)短路單體電流疊加造成電池組總電流成倍增加。

3.6 串、并聯(lián)電池組外部短路特性分析

在實(shí)際應(yīng)用中，外部短路故障可能發(fā)生在位于正在充放電的動(dòng)力電池系統(tǒng)之中的某一單體。因此，有必要研究當(dāng)動(dòng)力電池系統(tǒng)充放電過程中，系統(tǒng)內(nèi)某一單體發(fā)生外部短路后，該故障對(duì)短路單體的影響、對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)內(nèi)其他單體的影響，以及該故障與系統(tǒng)外部充放電激勵(lì)的互相影響關(guān)系。為了降低試驗(yàn)復(fù)雜度，本節(jié)的試驗(yàn)對(duì)象將實(shí)車動(dòng)力電池系統(tǒng)簡(jiǎn)化為具有代表性的4 串2 并動(dòng)力電池組，如圖17 所示，該電池組同時(shí)含有串聯(lián)、并聯(lián)的連接方式，可以反映出實(shí)際動(dòng)力電池系統(tǒng)的特性。

為降低電池組中單體不一致性對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，首先進(jìn)行動(dòng)力單體電池篩選。選取50 支動(dòng)力電池單體開展容量試驗(yàn)和HPPC 特性試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)容量測(cè)試結(jié)果以及辨識(shí)電池內(nèi)阻參數(shù)，將容量和內(nèi)阻偏差較大的單體剔除，剩余32 支單體利用第2.3 節(jié)中點(diǎn)焊機(jī)焊接組成4 組4 串2 并電池組。這32 支單體的平均容量為2.438 A·h，平均內(nèi)阻為0.035 Ω。

圖17 電池成組示意圖

在本節(jié)試驗(yàn)中，共開展4 組外部短路試驗(yàn)。為證明試驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性，第1 組與第2 組試驗(yàn)條件相同，即電池組整體在4.8 A 恒流放電時(shí)(每個(gè)單體電流1 C)，觸發(fā)其中一支單體外部短路；第3組與第4 組試驗(yàn)條件相同，即電池組整體在4.8 A恒流充電時(shí)，觸發(fā)一支單體外部短路。電池組與充放電系統(tǒng)連接的原理圖以及短路單體位置如圖17所示，實(shí)物連接方式如圖3 所示。試驗(yàn)過程中測(cè)量電池組各個(gè)單體的電壓和溫度，同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)支路的電流，以及短路單體的電流。這里為試驗(yàn)敘述方便，將每組試驗(yàn)的電池組中單體均從01 至08 編號(hào)。4 組試驗(yàn)中，均在環(huán)境溫度25 ℃下進(jìn)行，電池組在充放電之前，第1 組至第3 組每個(gè)單體SOC 初始化至60%，第4 組每個(gè)單體SOC 初始化至80%。第1 組和第2 組試驗(yàn)結(jié)果(放電條件) 如圖18 所示，其中，圖18a～c 分別為第1 組試驗(yàn)電壓、電流和溫度隨時(shí)間變化，圖18d～f 分別為第2 組試驗(yàn)電壓、電流和溫度隨時(shí)間變化。第3 組和第4 組試驗(yàn)結(jié)果(充電條件)如圖19 所示，其中，圖19a～c 分別為第3 組試驗(yàn)電壓、電流和溫度隨時(shí)間變化，圖19d～f 分別為第4 組試驗(yàn)電壓、電流和溫度隨時(shí)間變化。

總體上可以將試驗(yàn)過程中電池組各單體的特性變化分為三個(gè)階段，在試驗(yàn)結(jié)果圖中用虛線方式表示。以第1 組試驗(yàn)為例，詳細(xì)闡述這三個(gè)階段。

階段I：電池組正常充放電階段。如圖18a 所示，試驗(yàn)開始后電池組以4.8 A 恒流放電，總電壓和各個(gè)單體電壓都緩慢下降；圖18b 中表示兩支路的電流分別為2.4 A(設(shè)放電為正) ；圖18c 中表示了各單體的溫度緩慢上升。由于未開始外部短路操作，因此所有特性均與常規(guī)工作下相似。

圖18 放電工況電池組電壓、電流和溫度隨時(shí)間變化((a)～(c)為第1 組試驗(yàn)結(jié)果，(d)～(f)為第2 組試驗(yàn)結(jié)果)

圖19 充電工況電池組電壓、電流和溫度隨時(shí)間變化((a)～(c)為第3 組試驗(yàn)結(jié)果，(d)～(f)為第4 組試驗(yàn)結(jié)果)

階段II：觸發(fā)單體02 外部短路。在圖18a 中，在大約150 s 時(shí)，觸發(fā)單體02 外部短路，隨后單體02 電壓迅速下降，電流和溫度迅速升高，表現(xiàn)出來的特性與前面章節(jié)所述的單體外部短路特性相似。與此同時(shí)，為了平衡電池組中兩支路的電壓，從圖18b 中可以看出，含有短路單體的支路(支路01)受到不含有短路單體支路(支路02)的充電，充電電流10 A 左右，放電電流14.8 A 左右，說明此時(shí)對(duì)電池組整體加載的放電電流流經(jīng)支路02。在單體電壓方面，短路開始的瞬間，單體05、06、07 和08 電壓迅速下降，而01、03 和04 電壓迅速上升，同時(shí)，由于單體02 發(fā)生外部短路，電池組整體電壓也有一定程度的突然下降(見圖18a)。在此階段也可以看到，經(jīng)受劇烈放電的支路02 中的4 個(gè)單體溫度也上升很快，而經(jīng)受大電流充電的支路01 中的3 個(gè)單體溫度也有明顯的上升。隨后短路單體02 電流和電壓截止為0，說明電池發(fā)生損壞。

階段III：電池組中電池故障特性進(jìn)入新的階段。隨著階段II 中支路02 中各單體不斷向支路01 中各單體放電，可用容量不斷減少，支路02中單體出現(xiàn)不同程度的過放電。如圖18a 所示，單體05、08 和06 出現(xiàn)過放電現(xiàn)象，其中單體05過放電最為嚴(yán)重。當(dāng)支路02 中單體發(fā)生過放電故障后，由于內(nèi)阻的增加，使得支路01 承擔(dān)了電池組整體的放電電流(見圖18b)，隨著放電的繼續(xù)，支路01 中單體的電壓會(huì)下降，所以為平衡電池組中兩支路的電壓，支路02 中單體會(huì)進(jìn)一步惡化過放電故障(見圖18a)。在各個(gè)單體的溫度方面，由于支路02 中單體不再經(jīng)歷如階段II 所示的大電流放電，因此各單體溫度緩慢下降，而支路01 中非短路單體承擔(dān)了整個(gè)電池組的放電電流，各單體溫度基本維持不變。

如圖18d～f 所示，由于第2 組與第1 組試驗(yàn)條件完全相同，因此電池組所表現(xiàn)的故障特性也與第1 組基本一致。由于第3 組和第4 組試驗(yàn)的電池組在充電過程中某一單體觸發(fā)了外部短路故障，因此表現(xiàn)出來的故障特性略有不同。如圖19a 所示，不同之處主要體現(xiàn)在：①在階段II 中，由于支路01中的單體02 發(fā)生外部短路后，單體01、03 和04受到支路02 單體的大電流充電與電池組整體加載的充電耦合在一起，在更大的電流下單體01、03和04 均發(fā)生了輕微的過充電；② 在階段III 中，由于充電作用的累積，在電池組的新故障階段中，單體04 發(fā)生了嚴(yán)重的過充電故障。在第4 組試驗(yàn)中，如圖19d 所示，階段III 中，單體01 發(fā)生了嚴(yán)重的過充電故障。

以上的試驗(yàn)結(jié)果可以總結(jié)4 點(diǎn)規(guī)律。

(1) 總體來說，電池組中某一單體發(fā)生外部短路故障后，對(duì)電池組整體以及電池組內(nèi)部各個(gè)單體影響非常大。

(2) 電池組整體充放電過程中，某一單體發(fā)生外部短路后的特性與前面章節(jié)所描述單體外部短路后的故障特性基本一致。

(3) 無論電池組整體是充電還是放電，某一單體發(fā)生外部短路后的短時(shí)間內(nèi)，不含有短路單體的支路會(huì)持續(xù)放電，而含有短路單體的支路會(huì)被持續(xù)充電，直到兩支路電壓平衡。

(4) 當(dāng)電池組整體放電時(shí)，不含有短路單體支路中的各單體容易發(fā)生過放電故障；當(dāng)電池組整體充電時(shí)，含有短路單體支路中的各單體容易發(fā)生過充電故障。

4 結(jié)論

本文開發(fā)了動(dòng)力電池單體及系統(tǒng)外部短路試驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)觸發(fā)及控制動(dòng)力電池外部短路試驗(yàn)。系統(tǒng)地開展了動(dòng)力電池單體及系統(tǒng)外部短路故障試驗(yàn)，包括：①不同初始SOC、環(huán)境溫度條件下動(dòng)力電池單體外部短路試驗(yàn)；② 不同初始SOC 條件下的不同短路電阻值的動(dòng)力電池單體外部短路試驗(yàn)；③不同短路時(shí)間的動(dòng)力電池單體外部短路試驗(yàn)；④ 不同老化狀態(tài)條件下的動(dòng)力電池單體外部短路試驗(yàn)；⑤ 串聯(lián)電池組整體外部短路試驗(yàn)；⑥ 在含有串、并聯(lián)方式的動(dòng)力電池組充/放電過程中，個(gè)別單體發(fā)生外部短路故障的試驗(yàn)。動(dòng)力電池單體的試驗(yàn)結(jié)果揭示了不同初始條件對(duì)電池電-熱特性的影響規(guī)律，探明了外部短路失效行為特征的演變規(guī)律；串聯(lián)電池組的試驗(yàn)結(jié)果揭示了各單體與電池組失效的耦合特性；含串、并聯(lián)電池組的試驗(yàn)結(jié)果揭示了故障單體失效特征及其對(duì)未發(fā)生故障單體的影響特性。本文的研究成果對(duì)于掌握動(dòng)力電池單體及系統(tǒng)外部短路電-熱特性提供指導(dǎo)，為動(dòng)力電池故障診斷與安全管理提供數(shù)據(jù)支撐。