0引言

電池組突發失效是后備供電系統中的一大安全隱患，如何預防電池組突發失效是電池維護技術中具有挑戰性的課題。目前，電池組突發失效所呈現出的不可預知性成為了研究電池故障預警技術的原動力。實現電池故障預警的關鍵是尋找最佳預警參數，顯然，最佳預警參數要具備以下3個特點，即與電池故障的高度相關性，可重復測量性，可比較性。

電池老化理論是指導電池設計、制造和改進的理論基礎，但老化理論的研究對象重要針對電池的整體性，而電池故障卻重要基于電池的差異性，因此，電池老化理論并不適用于電池突發失效的分析研究，這種不適用突出表現在各種電池故障預警方法的思路上。現有的各種工程實用方法，無論是單體電壓方法或回路電流＋單體電壓方法，還是大電流放電方法或快速容量測試方法，都無不隱含著以電池容量作為預警參數，而實際上電池容量既不具備直接重復測量性（如定期容量放電試驗），也不具備間接重復測量性（如通過測量端電壓或內阻計算容量）。為擺脫電池老化理論對電池預警思路的束縛，迫切要從新的角度重新審視電池安全對策，以期建立尋找最佳預警參數的理論依據，這就是電池損傷理論要解決的課題。

1電池損傷機理

1.1電池損傷含義

解讀過充或過放對電池有害的常見警告，可進一步科學化為：過充或過放電流將造成儲能反應外的不可逆的電化學反應，這種設計外的不可逆反應必將損害電池的原有結構和儲能能力。由此可對電池損傷作如下含義：過充過放下對電池結構和儲能能力所造成的不能自然復原的損害。

表面上看，這一含義與電池老化理論和電池應用常識并無明顯不同，但是，該含義將自然引發出2個真正有意義的問題：

1）工程實用中一個完好的現有標準系統會防止電池損傷嗎？

2）電池損傷發生后，電池中留下了什么樣的可重復測量的，可相互比較的物理量變化？

1.2完好的現有標準系統含義

電池故障可能起源于人為失誤，也可能起源于設備故障，這些原因都不是電池損傷理論的研究對象，電池損傷理論更加關注電池自身故障的不可防止性。

為把各種非關注因素排除在外，首先要含義一個完好的現有標準系統。一個完好的現有標準系統至少應包括：一個各項技術指標都完全合格的真實電源設備，一組由單體完全合格并按規程連接好的真實電池組，有合格的管理維護人員在執行一個嚴格的維護規程，總之這應是一個無可挑剔，但又是現實存在的標準系統。

那么，有了這樣一個完好的現有標準系統還會發生電池損傷嗎？

1.3電池組中的局部單體過充過放（單體微損傷）

一個電池組各單體之間在容量上必然存在著微小的差異，為方便分析與計算假設一個具有下列技術指標的特例：

1）電池組參數100節2V，標稱容量100A·h，其中1節實際容量為97A·h，其余99節實際容量均為100A·h；

2）電源設備參數常規的電壓閉環控制方式，其中均充浮充轉換的整定電壓=240.00V（執行誤差=0，單體=2.400V），放電終止的整定電壓=170.00V（執行誤差=0，單體=1.700V）。

該系統在均充與放電之間運行時，必然出現兩個特殊時間段，即

(1)在均充運行下將出現第1個特殊時間段，其起點時間為97A·h電池單體電壓>2.400V，而總電壓240.00V（此時電源設備將繼續充電），其終點時間為總電壓=240.00V（這時電源設備準確執行均充浮充切換）。

根據電池損傷的含義，97A·h電池在該特殊時間段運行于過充狀態，而其它99節100A·h電池運行于安全范圍內。

(2)在放電運行下將出現第2個特殊時間段，其起點時間為97A·h電池單體電壓1.700V，而總電壓>170.00V（此時電源設備將繼續放電），其終點時間為總電壓=170.00V（這時電池組終止放電）。

在這個特殊時間段97A·h的電池運行于過放狀態，其余99節100A·h電池依然運行于安全范圍內。

這兩個特殊時間段的客觀存在，勢必出現下述問題，即

（1）真實系統與本例的差別無非是容量差的大小，而容量差的大小只改變特殊時間段的長短，并不影響特殊時間段的存在；本例說明電池組確實無一例外地存在內在的安全隱患，說明了電池損傷與電池突發事故之間存在必然的內在聯系。

（2）完好的設備，準確的控制并不能防止電池損傷的發生，只不過這種個別電池過充過放被掩蓋在整體安全運行之下，定量來說，損傷比例只占1％，損傷時間不足3％。

（3）當然，一次1％的損傷比例，或者3％的損傷時間不足以對整個后備供電系統的安全構成威脅，充其量只能算一次微損傷，但只要在后備供電系統運行中重復均充與放電，就會重復這種微損傷過程。換句話說，微損傷過程實際充斥于后備供電系統運行的全過程。

（4）微損傷起源于電池參數的差異性，一次微損傷的后果是電池原有結構的損害和儲能能力的下降，這將進一步加大電池的單體差異，這一后果又成為下一次微損傷的起因，顯然這里存在一個互為因果關系的惡性循環，由此可以合理推論：電池損傷的后果在一次次微損傷過程中不斷加深，直至電池徹底失效，失效過程的延續時間可能隨運行條件而變，但一定存在經多次損傷后加速惡化直至失效的必然結果。

1.4力學斷裂模型的類比

為了形象理解屬于電學領域的電池組由微損傷導致突發失效的機理，可以用力學領域的斷裂模型作一簡單類比：

一個電池組，類同于一個力學中的彈簧鋼板（板簧）；

電池組中各電池參數的差異性，類同于板簧截面的不均勻性；