《Journal of Energy Chemistry》：Temperature monitoring of lithium-ion batteries: Sensor technologies, deployment strategies, and smart batteries
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本文系统综述锂离子电池温度监测技术，比较接触式与非接触式传感器的优缺点，分析温度分布特性，探讨智能电池系统中的应用与挑战，提出“传感器技术-布局策略-智能电池”三部分协同框架。
余瑞志|王萌|牛萌|范茂松|关一标|苏月峰
北京工业大学材料科学与工程学院，北京环境科学与工程重点实验室，中国北京100081
摘要
温度是影响锂离子电池（LIBs）电化学性能、循环稳定性和安全性的关键参数。为了解决传统监测系统在精度和响应时间方面的局限性，本文全面回顾了近期温度监测技术的进展。该综述构建了一个完整的技术体系，涵盖了传感技术的发展、布局策略的优化以及智能电池的应用，从而架起了传感器基础研究与工程应用之间的桥梁。首先，本文对比分析了接触式和非接触式传感技术的优缺点；接着研究了单个电池单元和模块的热生成规律，为传感器的最佳布置提供了理论支持；最后探讨了温度传感器在智能电池系统中的当前应用现状和未来前景。本文遵循“传感器技术-布局策略-智能电池”的结构框架，系统总结了锂离子电池热管理领域的进展，并为高性能、高安全性电池热管理系统的研发提供了前瞻性视野。
引言
电池的工作温度是一个关键参数。锂离子电池的最佳工作温度范围为15–40°C，温度超过40°C会加速电池循环寿命的衰减[1]、[2]、[3]、[4]。我们的团队深入研究了高温和低温对锂离子电池的潜在机制及其性能影响。高温会加速电解质分解，从而导致热失控；而低温则会降低电解质的离子导电性，并在阳极上引发锂沉积[5]、[6]、[7]。除了提供热失控预警外，温度参数还是电池健康状态（SOH）预测的重要变量，对预测的准确性有显著影响[8]、[9]、[10]。
与电压和电流信号不同，温度信号监测受到热传递延迟的影响，导致电池表面温度与内部温度之间存在较大差异。由于电池内部的热导率不均匀[11]、[12]、[13]、[14]，表面温度也不均匀。此外，由于热传递需要时间，表面温度测量无法及时发现热失控现象[14]、[15]、[16]。因此，内部温度监测能提供更准确的热信息。然而，嵌入式传感器可能会对电池容量造成损害。因此，实现非破坏性的内部温度监测已成为研究的重点，也是电池温度监测的主要优化方向。此外，电池内部材料不同的热导率进一步加剧了温度分布的不均匀性[11]、[17]。因此，合理布置温度传感器对于提高电池温度监测的准确性至关重要。
如图1所示，本文从三个角度系统总结了锂离子电池温度检测的研究进展：传感器开发、布局和应用。首先，重点介绍了接触式和非接触式温度传感器，比较了不同的传感技术，并系统讨论了各种监测方法的优缺点。接下来，总结了电池在充放电过程中的温度分布特性，为传感器布局优化提供了理论依据。最后，本文关注智能电池领域，总结了应用于智能电池的温度传感器的当前研究现状，并讨论了这些智能系统存在的问题及其应用前景。通过结合红外监测和电热建模建立的热分布模式，本文为传感器布局提供了坚实的理论基础。与现有文献相比，本文构建了一个全面的“传感器技术-布局策略-智能电池”三部分框架。通过整合终端传感器技术的突破、战略性的空间部署和人工智能驱动的数据融合，本文为从传统监测向自主、自感知智能电池系统的转型提供了详尽的技术路线图。
章节摘录
接触式温度传感器
目前，接触式温度传感器得到了广泛研究，包括热电偶[18]、热敏电阻[19]、电阻温度检测器（RTD）[20]和光纤布拉格光栅（FBG）[21]。大量研究集中在使用热电偶监测电池表面温度上，如图2a和b所示。在充放电过程中，不同监测位置获取的温度数据存在显著差异[22]。
非接触式温度监测
接触式传感器需要传感元件与电池单元直接接触才能获取温度信号。因此，监测内部温度需要将传感器植入电池内部。尽管研究人员已经研究了这些接触式传感器的植入过程、放置位置和尺寸，并证实传感器集成在100–200次循环内不会影响电池容量，但其在数千次循环中的有效性仍需进一步验证。
电池单元和电池组中的温度分布
电池在运行过程中的温度存在不均匀性。因此，必须将最高和最低温度控制在安全范围内，以保持电池健康。这要求在局部热点和特征性冷点处战略性地精确布置传感器。通过研究运行过程中的温度分布，可以确定传感器的具体放置位置。智能电池和智能电池管理系统
下一代智能电池必须具备实时感知和动态响应的能力。通过利用数据驱动模型和决策树技术，这些系统可以实现自主决策，从而提高电池的安全性和性能[89]、[90]。然而，电池性能下降和热失控的发生不仅受温度场的影响，还涉及电热-机械-化学等多重因素。结论
本文构建了一个全面的“从设备到系统”的框架，用于下一代电池热监测，弥合了传感器基础研究与系统级智能应用之间的关键差距。通过对不同电池形态因子的温度传感策略进行彻底分析和比较，以及探讨温度与其他参数同时监测对电池性能的影响，本文为下一代电池热监测提供了系统性的见解。
作者贡献声明
余瑞志：撰写——初稿。王萌：撰写——审阅与编辑。牛萌：概念构思。范茂松：验证。关一标：数据收集。苏月峰：指导。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了国家电网科技项目的支持：锂离子电池储能数字化支持关键技术研究，项目编号：4000-202455375A-3-2-ZX
余瑞志毕业于中南大学，随后在北京工业大学材料科学与工程学院苏月峰教授的指导下开始攻读博士学位。他的研究方向包括锂离子电池的智能传感器以及电池安全和健康评估。
