新能源汽车国家大数据联盟微课堂自2022年底推出安全系列化课程，围绕网络安全、数据安全、车辆安全邀请专家大咖分享课程和观点，旨在服务国家数据安全治理体系的构建，促进数字经济的健康持续发展。
2024年2月22日晚联盟微课堂安全系列化课程第十六讲的课程上，来自哈尔滨工业大学威海校区的于全庆副教授，分享了题为《车载动力电池早期故障检测及安全管理》的课程。围绕电池故障原因及耦合关系、数据类型及故障特征、典型故障检测方法并在最后提出电池安全先进管理方案。以下为课程回顾。

据公安部统计的数据，截至2023年底，全国新能源汽车保有量达2041万辆，占汽车总量的6.07%。2023年新注册登记新能源汽车743万辆，同比增长38.76%。伴随新能源汽车逐渐进入角色，销量不断提升的同时，新能源汽车动力电池故障，特别是热失控（即俗称的起火）所引发的安全风险已成为阻碍行业发展的一个重要问题。因此，在动力电池故障早期实现精准检测对于保障车辆正常使用、车主人身财产安全、社会经济效益具有重要意义。
于老师介绍提出，新能源汽车起火的原因十分复杂，电池失效诱因繁多，演化机制各异，故障相互耦合，早期特征不显著。作为一种主动安全防护技术，电池故障的诊断需要从多个方面进行包括电池的电流、电压、车速变化等一系列信号的测试和记录，利用BMS对采集的数据进行分析，可以得出绝缘电阻模型以及电池滥用情况等相结果。过充/过放、低温快充、撞击、火烧以及挤压等不规范的电池使用方式是导致电池寿命缩短和出现功能性障碍的主要原因。
典型故障检测方法：
（1）基于解析模型的检测方法
基于解析模型方法的关键在于构建高精度电池模型，例如等效电路模型、分数阶模型、电化学模型、改进电路模型以及耦合模型等。通过高精度解析模型生成一个关于电池参数（如内阻、开路电压等参数）、状态（SOC、SOH等）或可测量（电压和温度）的估计残差，通过比较残差和相应阈值检测故障。
（2）基于信号分析的检测方法
基于信号分析的方法通过处理大量电池单体的电压信号，然后利用距离函数、相似函数及熵函数等统计学习的方法实现异常单体的诊断及定位。
（3）基于数据驱动的检测方法
该类方法又细分为基于分类器、基于预测残差、基于重构误差方法。基于分类器的方法大多需要包含标签的故障数据集，通过深度学习模型实现故障检测和分类；基于预测残差的方法与基于解析模型方法类似，通过神经网络构建一数字孪生模型，进而比较预测与测量值间的差异实现故障检测；基于重构误差的方法利用正常数据与异常数据间的重构差异完成故障检测。
先进电池安全管理方案：
（1）实验与实际数据结合
集成实验数据与实车数据，最小化二者间的采样频率等差异，利用高质量实验数据训练模型，进而对实际数据实现故障检测及预警。
（2）车云协同安全管理
车云协同技术结合车载及云端优势，适合部署大规模深度学习模型，有效实现超远程车辆安全管理。
（3）植入先进传感器
通过改变电池结构，植入内部温度传感器、气体传感器等进一步提高故障诊断准确性。
（4）热蔓延抑制
热蔓延抑制技术包括采用高隔热/散热材料实现隔热设计和散热设计，将问题电芯控制在最小范围内，是安全事故的最后一道防线。
最后，于老师在课程中介绍了当前先进电池安全管理方案，并提出要考虑实际和实验室数据的相结合，利用实际数据对模型进行进一步开展训练和优化，提高准确率。

问题1:在日常中，我们该如何保护电子产品对应的电池？新能源汽车充满电后，是否需要再多充一段时间，使电池电量更充足？
电池的过充，它可能单次的危害比较小，但是循环次数多了之后，它的隐患会大大的提升。从现在新能源汽车起火的事故来看，在高电量的时候，特别是90%~100%这个区间，起火占比接近45%，所以说最好就不要充满电了，还长时间的让它在那里这个插着充电器，虽然我们现在很多电子产品电池有一些自保护或一些电路，就是让它充满电之后不再进行充电，但事实上它长时间维持在100%电量时，发热也是比较高的，对电池的寿命存在一些影响。另外，电池的过放也是要严格注意（即电池长时间处于亏电状态），这种情况会导致电池内部锂金属集流体的析出，从而造成电池短路。

问题2:对于突发性的热失控，目前有哪些预警策略？
突发性热失控很难对它进行长期或者超前的预警，最多通过热失控之前的声光电热信息，发出准确的处置信息，未来的方向可能是消防和预警要联动，车内预置灭火装置。另外在设计过程当中，更多的可能要考虑采用隔热胶/棉抑制热蔓延。那样的话对于突发性的故障，可以不发生起火，让失效的电池或者说受损的电池在小范围内的失效。

问题3:作为新能源车主来说，在不同的使用工况，包括极限的温差，涉水、淋雨等场景的整车运行中，有哪些方式可以对动力电池进行保护，降低其故障率？
新能源车主在低温环境下尽可能采用慢充的形式，这样的话它才能够涓流充进去更多的电，因为低温情况下很容易造成电池寿命的衰减和析锂等安全性问题。另外，高温的曝晒之后，密闭的电池箱里面它的温度也是比较高的。在这种情况下，尤其是长距离行驶后，电池本身也在产热，尽量不要再采用快充或高速行驶，这都有可能会造成热安全隐患。从电池的使用方面来说，不要低电量情况下再长期闲置，电池容易处于亏电状态。对于涉水其实是没有好的办法控制，虽然我们现在很多检测都说车辆设计过程通过了一系列防水测试，但对于我们已经用过一定时间的产品，它的密封性能肯定不如新车的密封性能好，最好的方法就是涉水之后尽量不要去启动车辆避免短路。