電動汽車電池存在快速失效的風(fēng)險，有時還會在沒有預(yù)警的情況下起火。據(jù)外媒報道，美國桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories）正致力于提前識別此類故障，以便為車輛乘員提供足夠的預(yù)警時間。盡管電動汽車已配備能夠探測鋰離子電池性能問題的系統(tǒng)，但此類系統(tǒng)并不關(guān)注迫在眉睫的安全問題。

電池故障診斷系統(tǒng)測試（圖片來源：桑迪亞國家實驗室）

桑迪亞國家實驗室電池安全研究團隊成員Alex Bates表示：“電池起火的特性會因故障模式的不同而不同，一些電池的自燃會持續(xù)數(shù)小時，而其他電池這可能突然發(fā)生劇烈的火情。當(dāng)電池開始不受控地溫度升高時，最終就會引發(fā)火災(zāi)。”

目前電池管理系統(tǒng)中的測量手段僅涵蓋溫度與電壓數(shù)據(jù)，屬于電池安全事故的滯后性指標(biāo)，這意味著在電池即將起火或已經(jīng)起火的情況下，系統(tǒng)才會發(fā)出警報，而此時為時已晚。

桑迪亞國家實驗室電池安全研究團隊負(fù)責(zé)人Loraine Torres-Castro表示：“我們的重點在于延長預(yù)警時間，目標(biāo)是讓診斷系統(tǒng)能夠提早預(yù)警，確保有足夠的時間將車安全停下，乘員安全撤離車輛。此外，最終目標(biāo)是將此類預(yù)警系統(tǒng)集成至汽車的儀表板中。”

為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，Torres-Castro及其團隊一直在電池濫用測試實驗室（Battery Abuse Testing Laboratory，BATLab）對單個電芯和電池組利用現(xiàn)有的商用診斷方法進(jìn)行測試。她表示：“我們的目標(biāo)是針對不同故障（表現(xiàn)出不同反應(yīng)并需要定制診斷的）對商用解決方案進(jìn)行基準(zhǔn)測試。一刀切的方法并不適用所有故障類型，我們致力于尋找能夠針對特定故障條件、電池化學(xué)特性以及電池工程提供早期預(yù)警的專用工具。”

桑迪亞國家實驗室在該研究中占據(jù)獨特地位，不僅歸功于其BATLab，還因為其研究團隊具備廣泛的專業(yè)知識，精通材料科學(xué)、電化學(xué)、工程學(xué)，尤其重要的是，了解電池如何失效以及失效原因。

2024年年初，《美國化學(xué)學(xué)會期刊（Journal of the Electrochemical Society）》刊載了一篇有關(guān)桑迪亞國家實驗室該項研究的論文，引發(fā)了廣泛關(guān)注。Bates表示：“這是一項至關(guān)重要的研究，業(yè)內(nèi)對該領(lǐng)域表現(xiàn)出濃厚的興趣。此外，該領(lǐng)域尚未得到充分探索。該論文極大地推動了該話題的討論，特別是將電動汽車電池安全的問題推向臺前。”此外，該論文重點介紹了用于探測故障跡象的技術(shù)，其應(yīng)用范圍不僅限于電動汽車電池。Torres-Castro解釋道：“我們正與一家韓國機構(gòu)合作，評估該項技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的潛力，我們所討論的是大型電池應(yīng)用。”

下一步工作

Torres-Castro和Bates都認(rèn)為，在電動汽車電池故障探測領(lǐng)域仍有很多研究工作亟待開展。“下一步是深入理解現(xiàn)有技術(shù)的局限性，并將機器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于數(shù)據(jù)集，我們還需要探索其他分析信號的方法，以確保探測過程既迅速又準(zhǔn)確，同時避免誤報。”

另一個重點關(guān)注領(lǐng)域是提升傳感器技術(shù)，使其不僅能夠發(fā)出警報，還能夠激活緩解措施。例如，在收到預(yù)警時，該系統(tǒng)能夠觸發(fā)電池的熱管理系統(tǒng)，以開始給電池降溫。下一步，桑迪亞國家實驗室將在實驗室中拆解電動汽車的電池組，并以不同的規(guī)模進(jìn)行測試，以評估當(dāng)前市場上診斷工具的有效性和局限性。