電池短路測試及其防護措施

針對電池在實際使用中可能遇到的風險問題，在擠壓、針刺、短路、過充和過放、高低溫等眾多可靠性測試中，模擬電池發生內短路和外短路的擠壓、針刺和外短路測試是極常見的，也是非常難通過的可靠性測試。

究其原因，主要還是因為這兩種可靠性測試中瞬時電流過大，導致電池溫度過高，從而引發活性物質和電解液的分解燃燒，導致熱失控。

以常見的方形電池為例，由于結構設計原因，電池各個部分產生的熱量擴散的速度是不一樣的，因此在電池平面方向和厚度方向上產生明顯的溫度梯度。特別是大電流時，電芯產生的熱量無法很好擴散溫度會急劇的升高，從而引發安Q全性問題。

在擠壓測試中，隨著電池變形程度的增加，正負極集流體會首先被撕裂，隨后活性物質進入失效線內，隨著變形程度的不斷增加然后失效，引起正負極短路產生強大的電流，熱量集中釋放溫度急劇上升，引發熱失控。

針刺試驗也是用于模擬鋰離子電池內短路的一種方法，基本原理是利用一根金屬針以一定的速度緩慢的插入電池內部，引起電池內部短路。上限會有70%左右的能量在60s內通過短路點釋放，由于熱量無法及時的擴散，短路點瞬間溫度可達到1000℃以上，從而引發熱失控。

相較于擠壓和針刺試驗，外短路測試則比較溫和。外短路測試是將電池連接一個定值電阻，電量通過電阻進行釋放。能否通過短路測試主要受短路電流大小的影響，電流越大，則電池熱量產生的速度越快。電池熱量擴散速度不會有太大的變化，電池內部積累熱量越多溫度就越高，引發熱失控幾率就越大。

影響電池短路電流的主要因素是電阻阻值，其次還受電池內阻和荷電狀態等因素的影響。研究發現，影響短路測試結果的主要因素是電阻阻值和電池內阻的比例，比電池內阻和電池荷電狀態對實驗結果的影響還要大。當短路電阻的阻值與電池越接近，就越容易發生熱失控，只有當短路電阻的阻值是鋰離子電池內阻的9-12倍以上時，電池才能通過短路安Q全測試。

從上述分析中不難看出，影響電池可靠性測試結果的因素本質上是產熱速率和散熱速率。通過安Q全保護設計等手段，降低產熱速率，或必要情況下切段電流阻止繼續產熱，都能有效避免電池發生熱失控。其次是提高電池散熱速率，通過電池結構設計，提高散熱速率，可以避免電池溫度過高。電池組尤其需要配備相應的散熱手段，確保電池能夠快速散熱保證不引起連鎖反應。

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