電動(dòng)汽車電池存在快速失效的風(fēng)險(xiǎn)，有時(shí)還會(huì)在沒(méi)有預(yù)警的情況下起火。據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Sandia National Laboratories）正致力于提前識(shí)別此類故障，以便為車輛乘員提供足夠的預(yù)警時(shí)間。盡管電動(dòng)汽車已配備能夠探測(cè)鋰離子電池性能問(wèn)題的系統(tǒng)，但此類系統(tǒng)并不關(guān)注迫在眉睫的安全問(wèn)題。
電池故障診斷系統(tǒng)測(cè)試（圖片來(lái)源：桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室）
桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室電池安全研究團(tuán)隊(duì)成員Alex Bates表示：“電池起火的特性會(huì)因故障模式的不同而不同，一些電池的自燃會(huì)持續(xù)數(shù)小時(shí)，而其他電池這可能突然發(fā)生劇烈的火情。當(dāng)電池開(kāi)始不受控地溫度升高時(shí)，最終就會(huì)引發(fā)火災(zāi)。”
目前電池管理系統(tǒng)中的測(cè)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(huì)發(fā)出警報(bào)，而此時(shí)為時(shí)已晚。
桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室電池安全研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Loraine Torres-Castro表示：“我們的重點(diǎn)在于延長(zhǎng)預(yù)警時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，Torres-Castro及其團(tuán)隊(duì)一直在電池濫用測(cè)試實(shí)驗(yàn)室（Battery Abuse Testing Laboratory，BATLab）對(duì)單個(gè)電芯和電池組利用現(xiàn)有的商用診斷方法進(jìn)行測(cè)試。她表示：“我們的目標(biāo)是針對(duì)不同故障（表現(xiàn)出不同反應(yīng)并需要定制診斷的）對(duì)商用解決方案進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)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(duì)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室在該研究中占據(jù)獨(dú)特地位，不僅歸功于其BATLab，還因?yàn)槠溲芯繄F(tuán)隊(duì)具備廣泛的專業(yè)知識(shí)，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(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊（Journal of the Electrochemical Society）》刊載了一篇有關(guān)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室該項(xiàng)研究的論文，引發(fā)了廣泛關(guān)注。Bates表示：“這是一項(xiàng)至關(guān)重要的研究，業(yè)內(nèi)對(duì)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(dòng)了該話題的討論，特別是將電動(dòng)汽車電池安全的問(wèn)題推向臺(tái)前。”此外，該論文重點(diǎn)介紹了用于探測(cè)故障跡象的技術(shù)，其應(yīng)用范圍不僅限于電動(dòng)汽車電池。Torres-Castro解釋道：“我們正與一家韓國(guó)機(jī)構(gòu)合作，評(píng)估該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)儲(chǔ)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(dòng)汽車電池故障探測(cè)領(lǐng)域仍有很多研究工作亟待開(kāi)展。“下一步是深入理解現(xiàn)有技術(shù)的局限性，并將機(jī)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(hào)的方法，以確保探測(cè)過(guò)程既迅速又準(zhǔn)確，同時(shí)避免誤報(bào)。”
另一個(gè)重點(diǎn)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(bào)，還能夠激活緩解措施。例如，在收到預(yù)警時(shí)，該系統(tǒng)能夠觸發(fā)電池的熱管理系統(tǒng)，以開(kāi)始給電池降溫。下一步，桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室將在實(shí)驗(yàn)室中拆解電動(dòng)汽車的電池組，并以不同的規(guī)模進(jìn)行測(cè)試，以評(píng)估當(dāng)前市場(chǎng)上診斷工具的有效性和局限性。