2.3.2 锂离子电池热失控特征参数
下面介绍一些锂离子电池热失控时会明显变化的特征参数，包括内阻、温度、电压、特征气体、特征声音、可见烟雾、压力。当然还有一些其他的能够反应热失控的参数，这里不再列举。
（1）内阻
电池内阻是锂离子电池的一个关键性能参数。电池内阻会随着SOC、工作环境温度的改变而改变，一般用于电池寿命、SOH以及电池性能检测的评估中。在正常的工作温度区间内，电池内阻会随着温度的升高而降低，但当电池发生热失控而导致温度异常升高后，其内阻存在明显的上升现象。
由于电池内阻的突然改变还会受到其他一些因素的影响，诸如电池受到外界扰动或一些原因导致出现接触不良的情况，也会导致电池内阻的突然升高。因此，只靠电阻的变化来判断电池是否发生热失控并不准确，需要结合其他特征参数一起判断。
近年来，已经开展了对电池交流阻抗的研究，阻抗相对于内阻更能反映电池的安全状态。交流阻抗的基本原理是对电池施加不同频率的正弦波电压信号（或电流信号），从而产生电流信号（或电压信号），计算特定频率的交流电压与交流电流信号比值，即为该电池在相应频率处的交流阻抗。本书将在第5章详细介绍交流阻抗的概念，特定频点交流阻抗随电池状态的变化关系，以及如何设计基于特征阻抗的锂离子电池预警系统。
（2）温度
由于电池发生热失控时，温度和副反应之间是相互促进的关系，形成了正反馈，因此，温度是锂离子电池热失控的一个重要参数。许多电池预警装置以及电池管理系统都安装有温度传感装置来监测电池温度，一旦温度超过预设的阈值就会发出报警信号或进行相应的动作。
针对18650型锂离子电池和电池组有人提出了三级预警的策略：当电池温度超过50℃后容量会发生衰减，在50～80℃的区间内温度上升缓慢，其中以70～80℃最为缓慢。因此三级预警温度分别设置为50℃、70℃、80℃。然而这种监测表面温度的方式具有滞后性，因为内部发出的热量需要一定时间传导到表面，且传导过程中还有热量的耗散（电池与环境的热量交换）。因此使用表面温度作为预警参数时可靠性较低，本书提出了一种基于内部温度的预警方法，详细内容请见第6章。
（3）电压
发生热失控时，锂离子电池的端电压也会发生异常的变化。在不同的滥用工况下电压的变化情况也不一样，对于机械滥用如挤压、针刺等工况引发的热失控来说，电池电压通常会骤降至0V；对于电滥用如过充电、过放电等工况引发的热失控来说，过充电会导致电池电压先持续增加再降至0V，而过放电会导致电池电压逐渐降至0V；对于热滥用引发的热失控来说，电池电压一般随着热失控的发展逐渐降至0V。实际上电池热失控后的电压变化的规律性差，且变化复杂，虽然电压骤降基本是锂离子电池在不同工况下热失控的共同特征，但在此之前电池已经发生热失控了，故电压骤降这一特征并不能预警电池的热失控。因此，用电压来进行电池热失控的预警需要结合其他特征参数综合判断。已有学者在分析了不同工况下的电池热失控后，提出了根据电池运行工况不同的多情况预警方案，通过监测电池的温度、电流、电压等参数，并代入系统选择的预警方案计算电池发生热失控的时间来实现预警的功能。
（4）特征气体
通常在锂离子电池热失控早期，温度、内阻、电压等参数的变化特征不够明显，不能有效地判断电池是否将要发生热失控。而此时电池内部发生一系列的副反应会产生H2、CO、HF等特征气体，并且对于大部分种类的特征气体，在正常情况下空气中并不存在（或含量极低）。当电池在热失控早期时，这些特征气体会从无到有且浓度逐渐增加，即有一个明显的变化特征，因此采用对应的气体传感器对电池热失控进行预警也是一种重要的方式。
为了使特征气体预警更具可靠性，对于目前的预警系统，会考虑综合气体传感器的探测数据与其他多种特征参数一起对电池热失控预警。其中在电化学储能电站中，氢气相比于其他气体可以更早预警热失控的发生，有关氢气预警的试验研究、氢气及其他气体的预警系统设计将在本书第7章详细介绍。
（5）特征声音
储能用的锂离子电池大部分为方形硬壳电池，在电池壳顶部都会有安全阀。这是由于电池发生热失控过程中有大量气体产生，使电池内部压力增大，安全阀的主要作用是及时泄放电池内部的压力，防止压力持续增大导致爆炸。安全阀打开都会有一个很明显的声音，且这种安全阀打开的声音频率存在一定规律。因此，也可以将这种特征声音作为电池热失控预警的一个参数，通过采集特征声音，同样可以实现电池热失控的预警，并且声音采集装置成本低廉且占地较小，一个储能设施内可以安装多个。对多个装置采集的声音使用算法处理可以计算出声源位置，即实现故障电池的定位，这样大大减少了故障排查的时间，详细内容在第8、9章介绍。
（6）可见烟雾
由于商用锂离子电池都采用沸点和闪点低的有机电解液，当电池安全阀打开并且电池内部温度足够高时，电解液除了参与正负极及其他材料的副反应外还会直接受热汽化，汽化的电解液从安全阀处喷出便形成了“白烟（雾）”，这种现象可以作为判断电池热失控最直观、有效的判据。然而，目前利用汽化电解液判断电池是否发生热失控都是通过人眼观察的方法，还没有一种自动识别电池是否产生汽化电解液的装置或方法。本书提出一种基于图像识别的方法来预警电池热失控的发生，详细内容在第10章介绍。
（7）压力
电池发生热失控时内部会发生一系列副反应，有些副反应会生成气体，如SEI膜分解产气、锂枝晶与黏结剂反应产气、电解液分解产气等。在电池安全阀打开之前，这些气体会积攒在电池壳体内部，导致电池鼓包，并且电池内部的压力也会随之改变。因此，通过对电池内部压力的监测可以实现对电池热失控进行预警，但需要注意的是，安全阀打开之前的压力数据才是有效的。可以利用嵌入式的布拉格光纤光栅传感器实现对电池内部压力的探测，其原理是电池内部的温度或压力的改变会影响光纤光栅传感器的折射率，对应反射回来的光的波长也会随之改变，通过测量光的波长的信息就可以计算出电池内部的温度和压力的变化，从而对电池进行热失控预警。然而这种光纤光栅传感器的成本较高，目前还未在锂离子电池热失控预警方面实现商业化。