0 引言
电池组突发失效是后备供电系统中的一大安全隐患，如何预防电池组突发失效是电池维护技术中具有挑战性的课题。目前，电池组突发失效所呈现出的不可预知性成为了研究电池故障预警技术的原动力。实现电池故障预警的关键是寻找最佳预警参数，显然，最佳预警参数需要具备以下3个特点，即与电池故障的高度相关性，可重复测量性，可比较性。
电池老化理论是指导电池设计、制造和改进的理论基础，但老化理论的研究对象主要针对电池的整体性，而电池故障却主要基于电池的差异性，因此，电池老化理论并不适用于电池突发失效的分析研究，这种不适用突出表现在各种电池故障预警方案的思路上。现有的各种工程实用方案，无论是单体电压方案或回路电流＋单体电压方案，还是大电流放电方案或快速容量测试方案，都无不隐含着以电池容量作为预警参数，而实际上电池容量既不具备直接重复测量性（如定期容量放电试验），也不具备间接重复测量性（如通过测量端电压或内阻计算容量）。为摆脱电池老化理论对电池预警思路的束缚，迫切需要从新的角度重新审视电池安全对策，以期建立寻找最佳预警参数的理论依据，这就是电池损伤理论需要解决的课题。
1 电池损伤机理
1.1 电池损伤定义
解读“过充或过放对电池有害”的常见警告，可进一步科学化为：过充或过放电流将造成储能反应外的不可逆的电化学反应，这种设计外的不可逆反应必将损害电池的原有结构和储能能力。由此可对电池损伤作如下定义：“过充过放下对电池结构和储能能力所造成的不能自然复原的损害”。
表面上看，这一定义与电池老化理论和电池应用常识并无明显不同，但是，该定义将自然引发出2个真正有意义的问题：
1）工程实用中一个完好的现有标准系统会避免电池损伤吗？
2）电池损伤发生后，电池中留下了什么样的可重复测量的，可相互比较的物理量变化？
1.2 “完好的现有标准系统”定义
电池故障可能起源于人为失误，也可能起源于设备故障，这些原因都不是电池损伤理论的研究对象，电池损伤理论更加关注电池自身故障的不可避免性。
为把各种非关注因素排除在外，首先需要定义一个“完好的现有标准系统”。一个完好的现有标准系统至少应包括：一个各项技术指标都完全合格的真实电源设备，一组由单体完全合格并按规程连接好的真实电池组，有合格的管理维护人员在执行一个严格的维护规程，总之这应是一个无可挑剔，但又是现实存在的标准系统。
那么，有了这样一个完好的现有标准系统还会发生电池损伤吗？
1.3 电池组中的局部单体过充过放（单体微损伤）
一个电池组各单体之间在容量上必然存在着微小的差异，为方便分析与计算假设一个具有下列技术指标的特例：
1）电池组参数 100节×2V，标称容量100A·h，其中1节实际容量为97A·h，其余99节实际容量均为100A·h；
2）电源设备参数 常规的电压闭环控制方式，其中均充浮充转换的整定电压=240.00V（执行误差=0，单体=2.400V），放电终止的整定电压=170.00V（执行误差=0，单体=1.700V）。
该系统在均充与放电之间运行时，必然出现两个特殊时间段，即
(1)在均充运行下将出现第1个特殊时间段，其起点时间为97A·h电池单体电压>2.400V，而总电压<240.00V（此时电源设备将继续充电），其终点时间为总电压=240.00V（这时电源设备准确执行均充浮充切换）。
根据电池损伤的定义，97A·h电池在该特殊时间段运行于过充状态，而其它99节100A·h电池运行于安全范围内。
(2)在放电运行下将出现第2个特殊时间段，其起点时间为97A·h电池单体电压<1.700V，而总电压>170.00V（此时电源设备将继续放电），其终点时间为总电压=170.00V（这时电池组终止放电）。
在这个特殊时间段97A·h的电池运行于过放状态，其余99节100A·h电池依然运行于安全范围内。
这两个特殊时间段的客观存在，势必产生下述问题，即
（1）真实系统与本例的差别无非是容量差的大小，而容量差的大小只改变特殊时间段的长短，并不影响特殊时间段的存在；本例说明电池组确实无一例外地存在内在的安全隐患，说明了电池损伤与电池突发事故之间存在必然的内在联系。
（2）完好的设备，准确的控制并不能防止电池损伤的发生，只不过这种个别电池过充过放被掩盖在整体安全运行之下，定量来说，损伤比例只占1％，损伤时间不足3％。
（3）当然，一次1％的损伤比例，或者3％的损伤时间不足以对整个后备供电系统的安全构成威胁，充其量只能算一次微损伤，但只要在后备供电系统运行中重复均充与放电，就会重复这种微损伤过程。换句话说，微损伤过程实际充斥于后备供电系统运行的全过程。
（4）微损伤起源于电池参数的差异性，一次微损伤的后果是电池原有结构的损害和储能能力的下降，这将进一步加大电池的单体差异，这一后果又成为下一次微损伤的起因，显然这里存在一个互为因果关系的恶性循环，由此可以合理推论：电池损伤的后果在一次次微损伤过程中不断加深，直至电池彻底失效，失效过程的延续时间可能随运行条件而变，但一定存在经多次损伤后加速恶化直至失效的必然结果。
1.4 力学断裂模型的类比
为了形象理解属于电学领域的电池组由微损伤导致突发失效的机理，可以用力学领域的断裂模型作一简单类比：
一个电池组，类同于一个力学中的弹簧钢板（板簧）；
电池组中各电池参数的差异性，类同于板簧截面的不均匀性；
电池组的均充与放电，类同于板簧的全负荷加载；
单体的充放电电压与极限充放电电压之比，类同于板簧某截面上实际载荷与极限载荷相比的过载系数。
这样，电池组中的局部过充过放，类同于板簧全负荷加载下的局部过载（即应力集中）；
电池组中的局部过充过放所造成的微损伤，类同于板簧局部过载下的微裂痕；
受损电池的损伤逐次叠加，类同于受伤板簧的裂痕逐步扩大；
最后，因单体失效造成的电池组突发失效，类同于微裂痕逐步扩大导致板簧的突然断裂。
以上类比从总体上反映出电池组的突发失效应归类于一种“断裂型”模型，如果缺少合适的预警手段，电池组的这种“断裂型”失效的发生时间，将与板簧突然断裂的发生时间一样具有不可预知性。
2 损伤留痕
损伤留痕是电池损伤理论解决工程应用的一个重要新概念。电池受损所致的各种物理量变化中可重复测量，可相互比较的是显性损伤留痕，无法直接重复测量的是隐形损伤留痕。显然，显性损伤留痕的特征与本文引言中所述的最佳预警参数的3个特征完全相同，因此，找到了显性损伤留痕也就等于找到了最佳预警参数。
2.1 关于微损伤后主要物理量变化特点的讨论
2.1.1 温度变化
理论与经验都表明，过充过放中的非正常电流将引起电池短时发热，但局部过充过放有终点时间，此后电池温度将会趋于正常。因此，尽管温度升高一定对应于电池不正常，但热量会散发，温度不能永久保留不变。
2.1.2 容量变化
电池受损后必然造成容量永久性下降，这已成为当前流行的思维模式，但是，容量是一个难以测量的隐性物理量，除了直接放电校核方法外，至今并未找到一种迅速可靠的间接测量方法。因此，容量下降是电池受损的结果，但容量测量极不方便，故不具备作为预警参数的实用价值。
2.1.3 端压变化
开路状态下的端电压等于化学电动势，而化学电动势是一种不变的自然常量，测量开路电压无法判别电池好坏已属常识。而闭路电压与电池主电流有关。在同一主电流下监测到的闭路电压异常，实际上还是属于内阻异常，监测端压仅在主电流很大时有效，在大部时间里的浮充电压下主电流很小，且不确定。故这种方法基本无效。因此，单体端电压监测仅在大电流下有效，浮充下基本无效，根本原因在于开路电压为化学电动势，属恒定不变的自然常量，完全与损伤无关。
2.1.4 内阻变化
这是当前最为活跃的研究方向，说明内阻在电池故障预警技术中的地位正在日益受到重视。已进行了大量研究，少量产品已经问世，也积累了相当多的数据，在此基础上总结内阻与电池损伤的关系，有以下2个显著特点：
1)电池受损后内阻永久性增大，相对其他物理量变化更加易于重复测量；
2)重复受损的内阻增量可重复叠加，因而具有可互相比较性。
因此，选择内阻作为预警参数的优点勿庸置疑，但一些传统误区增加了推广难度，而研发在线强干扰下能测量微小内阻和更微小的内阻增量的高精度仪表也存在许多技术上的困难。
2.2 传统误区
在选择内阻作为预警参数上，囿于传统思维或老化理论，存在着2个误区。
2.2.1 误区1——易于与作为内部耗能参数的内阻混为一谈
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