三星为了解决锂离子电池安全问题上做了什么

对于每一个锂离子电池开发者而言，安全永远是锂离子电池设计的第一准则，然而没有任何事物是绝对安全的，我们只能做到尽可能的减少锂离子电池发生安全事故的风险。内短路对于锂离子电池而言是非常危险的，在极端的情况下短时间内大量的电流通过短路点，引起局部温度快速升高，进而引起连锁反应，导致锂离子电池发生热失控。引起锂离子电池内短路的因素很多，例如生产过程中的金属杂质，锂离子电池循环过程中负极产生的Li枝晶等都可能会刺穿正负极的隔膜引起短路。

三星公司在Note 7手机的电池起火事件中损失惨重，因此对于锂离子电池的安全性研究尤为关注。近日，三星在印度的实验室开发一种能够实现对手机锂离子电池在线监测的方法，该方法借助目前的锂离子电池管理系统，通过特定的算法判断锂离子电池是否发生软短路，而不需要借助任何新的硬件。

锂离子电池软短路对于电池充放电电流和电压的影响相对较小，因此传统的检测手段很难发现锂离子电池的软短路，因此作者在这里采用了根据锂离子电池的充放电特性与其之前的充放电数据进行对比的方法，判断锂离子电池是否发生软短路，不同于传统的机械学习方法需要大量的数据进行训练，三星的印度工程师将每次充放电之前的五次充放电数据作为依据，对锂离子电池是否发生内短路进行判断，如果有超过50%的特征都表明锂离子电池发生软短路，则判断该电池发生内短路，如果判断电池没有发生内短路，则对模型中的数据库进行更新。

在锂离子电池放电过程中的SoC变化可以用下式进行表述，其中h表示电池为健康状态，f为锂离子电池发生内短路的状态。锂离子电池一旦发生软短路，则会导致锂离子电池内部发生漏电流，进而对锂离子电池的一些特性产生影响。

恒流-恒压充电是锂离子电池常见的充电策略，首先通过恒流充电使得锂离子电池的电压达到截止电压，然后控制锂离子电池的电压不变缓慢降低锂离子电池的充电电流，直到充电电流达到最低的截止条件。而如果锂离子电池发生了内短路，则意味着锂离子电池在充电的过程还存在着漏电流，因此存在内短路电池恒压充电的时间会比正常的电池更长。

由于锂离子电池存在极化现象，因此通常锂离子电池的充电能量要大于放电能量，但是对于存在内短路的电池而言，由于存在漏电流，因此相比于正常的电池，其充电能量与放电能量之间的差会更大。

锂离子电池在放电的末期，电池的电压变化比较大，因此很小的SoC波动就会对锂离子电池的电压曲线斜率产生比较大的影响，作者计算了放电最后5min的电压曲线斜率，对于存在内短路的电池而言，由于漏电流的存在，因此电压曲线的斜率会更大一些。

在正常的使用中，我们往往不会将电池放电至空电，因此无法得到放电末期电压曲线斜率，但是我们可以通过放电过程的整体电压曲线斜率进行判断，如果存在内短路，由于漏电流的存在会导致电压曲线的斜率增加。电池的内阻可以用下式进行计算，对于存在内短路的电池，由于漏电流的存在，因此锂离子电池的外电压要低于正常的电池，但是电池外电路的电流也会相应降低，因此内短路的电池的内阻会相对正常的电池发生变化。

上述的分析方法被应用在了两种不同的电池上，其中电池1为3.5Ah，电池2为3.0Ah。为了模拟锂离子电池短路的情形，作者在电池外部并联了一个大电阻，对于电池1作者采用了1000-150Ω的外电阻模拟内短路，对于电池2则采用了400、300和200Ω的电阻。

三星的印度工程师开发的这种用于检测锂离子电池是否发生内短路（软短路）的方法不需要使用特殊的硬件设施，仅仅需要采集电池管理系统（BMS）中的充放电数据，通过与数据库中的充放电数据进行对比就能够及时的发现锂离子电池内短路，从而避免产生更为严重的后果。