电池

A在25°C环境温度下进行5C放电的测试结果，电池表面温度由分布式光纤传感器(DFOS)与热电偶(TC)测量。

I在恒定电流0.5C(0.9A)充至5V的过程中，电池表面温度与温升速率的变化曲线。

（3）添加过渡层后，Ni|TL|MS-rPCC电池的界面结合力和结构稳定性显著增强，电池表现出良好的电化学性能和优异的稳定性。

将由压电/热释电PVDF-TrFE(聚偏氟乙烯-三氟乙烯)材料制成的锂电池压力/温度监测微薄膜传感器(LiBPTMS)集成到锂电池系统中，可实现压力和温度参数的实时监测。

这一参数在密封电池系统中尤为重要，因为过度的压力积聚可能导致泄漏甚至爆炸。

这种整合有助于实现对电池系统的实时监控与性能优化。

包括安全风险、高温(>50°C)下性能下降，以及随时间推移的容量衰减等问题，这些都凸显出开发先进电池管理系统(BMS)以优化效率并降低风险的紧迫性。

在大型锂电池组中，这项能力突破了传统模块级热监测的局限，能提供电芯级别的温度数据，提升电池安全与性能，并通过先进的电池管理系统(BMS)防止失效。

开发锂电池传感器面临的主要挑战包括小型化、功耗、成本效益和可扩展性，以及与现有电池管理系统的兼容性。

本文综述了先进传感器技术在电池管理系统(BMS)中的核心功能，并强调了其在提升智能锂电池性能、寿命与本征安全性方面的重要意义。

此外，通过将机械应变与电化学性能相关联，这类技术可提升诊断精度，支持自适应电池管理系统的发展，并为性能优化开辟路径。

然而，锂电池本身存在的安全风险和随时间出现的性能退化问题，使得必须通过复杂的电池管理系统(BMS)进行持续监控。

该传感器的成功应用表明其可能彻底改变电池管理系统(BMS)，实现对锂电池故障的早期预警并显著提升电池安全性能。

该传感器的模拟电阻输出(ΔR/R₀)需通过放大、滤波和模数转换后才能与数字化电池管理系统(BMS)接口连接。

这些传感器通常应用于电动汽车和可再生能源系统的电池管理系统(BMS)，以确保电池的安全和最优运行状态。

此外，气体传感器与其他诊断技术(如电化学阻抗谱EIS)集成，能够显著增强电池管理系统(BMS)的预测能力。

光纤传感器在锂电池监测中的性能示意图。

在真实的电网储能系统(BESS)条件下进一步验证显示，当在检测到氢气后及时停止充电，未观察到烟雾或火灾，表明此方法可实现早期安全预警，是一种具有可扩展性和成本效益的锂电池监测手段。

安培型H₂传感器在锂电池监测中的制备与性能示意图。

热电偶(TC)、热敏电阻(如热敏电阻器)以及电阻温度检测器(RTD)是锂电池监测中常用的温度传感器。

用于锂电池监测的MEMS传感器技术的制造与集成示意图。

磁传感器在锂电池监测中的结构设计与性能示意图。

这些传感器是各种锂电池产业和研究领域中广泛应用的成熟技术，通常被视为特定锂电池监测中的标准或常规解决方案。

这种降解可能导致噪声增加、校准漂移或传感器失效，随着时间推移将影响电池监测系统的精度。

以BFCZY和BCO-BFCZY氧电极的电池在600°C含30%水的空气中的稳定性；

（i）以BCO-BFCZY氧电极的电池长期后的截面SEM图。

(d)CZTS-BiVO₄串联体系电池的工作照片；

引入过渡层的电池在热循环和室温冷启动测试中，表现出较低的衰减率以及良好的结构稳定性。

由于热膨胀的不匹配，在电池制备以及测试之后，未添加过渡层的电池表现出不同程度的缺陷，例如宏观上的结构剥落以及微观上的裂纹。

•未涂层电池中锂金属和SPE均已熔化，说明其内部温度至少达到了锂金属熔点(180.5°C)；

•未涂层电池：25秒；

•涂层电池中的SPE仍保留机械强度与柔性(详见视频S6)，说明其内部温度未达到60°C。

•涂层电池：105秒。

在燃烧测试中，如图6c所示，随着火焰加热，两块电池横截面附近的温度持续上升，但涂覆双层涂层的电池升温速度明显更慢，且保持稳定，而未涂覆电池温度则一直上升。

当温度继续升高至一定程度后(如未涂层电池约38秒)，SEI层开始分解，引发OCV的第二次波动：

这些传感器可提供有关电解液退化和电池状态的有价值信息。

E在1C过充测试第IV阶段的爆炸压力与电池温度，揭示在该阶段循环过程中爆炸压力与电池温度的变化情况。

一旦电池温度升高至100–130°C之间，隔膜就会开始熔化，从而可能导致内部短路。

光纤传感器可通过分析透射、反射、荧光或吸收光的光谱漂移，实现对锂电池温度、应变、压力以及离子浓度等参数的实时监测。

EAToF还可识别新启用电池的成膜效应，并区分不同品牌电池的材料与设计差异，作为一种低成本、非接触、可广泛适用于运行中电池诊断的手段，揭示传统电化学方法难以获取的物理信息。

Hsieh等人建立了声波传播行为与电池材料密度、弹性模量变化之间的关系，这些物理性质受SoC和SoH影响。

同时，应变测量结果也会受到电池材料热膨胀的影响(例如在快速充电过程中电极的膨胀)，这就要求有先进的补偿算法，但当前BMS设计中尚未具备此类功能。

此外，电池运行期间的温度梯度会引起传感器与电池材料之间的热膨胀失配，进而影响其压阻响应(ΔR/R₀)。

对比其他MS-PCFC的性能，本文设计制备的电池性能也较为领先。

添加过渡层后，电池的FC模式性能峰值功率密度有较为明显的提升，说明过渡层的引入提升了界面强度，从而增强了电池的性能。

此外，锂电池内部恶劣的化学环境可能导致热敏电阻材料降解，潜在释放有害物质，从而影响电池性能。

结果表明，嵌入式操作并未对电池性能造成不利影响，且所嵌入的TC提供了稳定而准确的内部温度数据。

该传感器响应速度快(<1ms)、温度误差小(<0.5°C)，且对电池性能的影响极小(容量偏差仅~1.68%)。

该传感器采用印刷制备，展现出对锂电池性能优化的巨大潜力(图14A–F)。

这些传感器能够检测可能影响电池性能和安全性的结构性损伤或变形。

这些速度和精度上的提升表明，TFRTD是内部温度监测的有前景的替代方案，有望用于优化电池性能与安全性。

通过持续的协作与探索精神，我们能够进一步优化锂电池的性能与安全性，从而稳固环保与能源安全社会的根基。

F多个电池循环过程中的信号幅值变化(第1次循环的信号作为基准，210次循环时的偏移明显大于100次循环)。

研究展示了该传感器在监测锂电池循环过程中的厚度变化方面具有出色的灵敏度与耐久性。

例如，一种具有“夹层”结构的安培型H₂传感器已被证实在锂电池安全监测中具有显著潜力。

如此高的精度使得其能够早期检测由老化或锂沉积引起的不可逆膨胀，对电池安全性至关重要。

检测和监测电解液蒸气的能力对于确保电池安全性和优化性能至关重要。

研究结果提供了关于电池安全性的重要见解，表明监测压力变化可作为热失控的早期预警信号，其诱因可能为过充或过热(图3H)。

该方法有望区分枝晶与副产物的形成，两者都对电池安全性与库仑效率造成显著影响(图9F,G)，可用于优化电解液选择与预测性检测不均匀锂沉积现象(图9H–J)。

这些传感器展现出极高的准确性，可作为高性能电池安全传感器，防止故障锂电池释放潜在爆炸性蒸气。

通过监测应变水平，这些传感器能够对可能危及锂电池安全与性能的机械应力发出早期预警。

（b）（c）未添加过渡层制备的电池发生的结构剥落；

（a）有无过渡层的电池制备和对比；

例如，将应变、声学和磁性测量与电化学阻抗谱(EIS)相关联，可深入了解电池内部的动态过程，包括电荷转移电阻、双电层电容以及固态电解质界面(SEI)特性在充放电周期中的变化。

例如，磁场成像技术可实现电池内部电流分布的非侵入式可视化。

在大型锂电池中实现原位机械压力测量的过程面临显著困难，这是由于电池内部环境恶劣以及电池壳体产生的干扰。

尽管基于光纤的商用BMS尚处于开发早期，但已有研究积极探索其在温度监控和电池内部状态检测方面的应用潜力。

所设计的TFRTD在不同电流速率下的30–80°C范围内，实现了对锂电池内部加热过程的实时监测，表现出显著潜力。

有研究表明，对锂电池施加磁场会引起磁化效应，在电池内部形成多个微小磁偶极子。

此外，为准确映射电池内部温度梯度，RTD需要精确布设，这可能增加系统集成难度与成本。

此类传感器通常包括基于电化学和光学的传感器，它们提供对电池内部状态的洞察，支持更精准的控制策略。

然而，锂电池内部的恶劣环境(如电解液的腐蚀性、电极反复膨胀/收缩以及显著的温度梯度)可能导致传感器材料的降解(如封装层脱层)。

电池内部温度的进一步上升会加速化学反应(而非所期望的电化反应)，导致更多热量的生成，进而引发电池部件的降解，并显著增加热失控(TR)的风险，可能引起火灾甚至爆炸的严重危险。

研究还发现，在实际电动汽车使用条件下，即便存在电载荷，电池内部温度始终高于表面温度。

该技术通过随时间测量UV–vis光谱的变化，可对锂电池内部化学反应过程进行实时监控，进而预测电池剩余寿命。

这些传感器可以放置在锂电池表面，也可以嵌入电池内部。

纳米技术、小型化、机器学习算法和无线传感器网络的进步推动了锂电池传感器技术的创新潜力，这些有助于提高传感器性能。

综上所述，锂电池传感器技术的发展道路本质上融合了潜力、挑战与机遇。

要有效释放锂电池传感器技术的全部潜力，解决这些问题至关重要。

南京林业大学张书等综述：智能锂基电池的传感器创新，进步、机遇和潜在挑战南京林业大学张书等综述：智能锂基电池的传感器创新，进步、机遇和潜在挑战精选

有无过渡层的电池的FC模式的电化学性能以及与其他MS-PCFC的性能对比。

引入过渡层后，电池的EC模式下性能也有所提升。

有无过渡层的电池EC模式的电化学性能以及与其他MS-PCEC的性能对比。