锂离子电池广泛应用于电子产品、新能源汽车和规模化储能等领域。近年来锂离子电池滥用引起的火灾和爆炸事故频发,安全问题凸显,成为规模化应用的主要瓶颈。在当前锂离子电池的工作原理和制造水平没有革命性变化的条件下,优良性能的电池管理系统是确保锂离子电池安全应用的基础。当前主流电池管理系统的感知输入是单体电池的端电压和表面温度,具有很多优势,但也存在诸多问题。为了提高锂离子电池的安全应用水平,在电池管理系统中增加感知参数是一条必由路径。电化学阻抗可以有效反映电池的电化学特征和运行状态,但电化学阻抗大多是静态测量。本文以锂离子电池动态阻抗的在线测量为切入点,研究锂离子电池的动态阻抗与电池运行过程中各阶段安全相关参数的表征关系,实现在电池充电期间的内部温度感知预警、过充预警和热失控预警,为新型电池管理系统的构建提供理论与技术依据,主要研究内容与结果如下:（1）提出了一种电流源激励的锂离子电池动态阻抗在线测量方案。电池安全问题发生在充放电过程中,准确获取电池工作状态下的动态阻抗是进行安全预警的关键。该在线测量方案利用电流源内阻大、电流恒定及抗干扰能力强的特点,采用“四线制”将特定频点的正弦电流注入工作状态的电池,获取同频的响应电压,通过设计“强直弱交无相移”电路对弱电压响应信号进行高倍数放大,实现了电池动态阻抗的测量。测量方案中的“强直弱交无相移”电路既解决了大直流分量导致的弱正弦信号失真问题,又实现了弱正弦信号的放大,为在电池管理系统中集成动态阻抗参数测量提供了技术方案。该方案设计开发的样机测试结果表明,阻抗测量范围宽、抗干扰能力强、测量准确度高,可以实现动态阻抗的在线测量。（2）设计了一种通过动态阻抗标定电池内部温度的方法,建立了动态阻抗-内部温度预测模型,实现了非侵入式电池内部温度测量,增加了安全预警时间。不同的电池有不同的电化学阻抗谱,阻抗谱上存在阻抗参数-电池内部温度灵敏频点。本文通过对动态阻抗谱的研究遴选出频点,采用静置法标定出电池的阻抗-内温曲线,建立起特定频点阻抗参数与内部温度的关系模型,以动态阻抗测量得到电池的内部温度,实现了电池内部温度的非侵入感知。与电池表面的外温测量相比,同温时间点大大提前,增加了安全预警时间。以磷酸铁锂电池为例,在1 C和2 C充电模式下,通过探针植入测温验证了内部温度感知的有效性、可实现性和抗干扰能力。以50℃同温点为例,预测感知时间比表面温度感知时间提前591秒,为采取措施预防危险发生提供了充足的时间。（3）通过对单体电池过充过程中动态阻抗变化规律的研究,发现了单体电池微过充出现时呈现的动态阻抗加速衰减特征,提出的“一阶拟合残差”对阻抗加速衰减特征进行了量化,实现了电池微过充情况的有效提前预警。电池的模组化使用导致电池不一致性的恶化,造成模组中单体电池发生微过充而引起恶性事故发生。通过分析充电期间荷电状态、内部温度等对阻抗曲线的综合影响,发现了电池微过充条件下的阻抗加速衰减特征,构建的一阶拟合残差量化了阻抗加速衰减特征;以设定的残差阈值作为判据,建立了基于阻抗测量的单体电池发生微过充提前预警方案,实验结果验证了预警方案的有效性,并为新型电池管理系统提前预警电池微过充提供了技术支撑。（4）通过对电池发生热失控过程与机理的理论与实验分析,发现了锂离子电池发生热失控前动态阻抗随过充进展出现的阻抗模值斜率转变特征,以斜率转变特征为标志,实现了锂离子电池过充情况下发生热失控的提前预警。电池充放电过程中发生热失控,是大多电池应用场景下发生燃烧和爆炸事故的主要原因,通过分析锂离子电池热失控的机理、热蔓延规律及过充产气原理,阐明了电池过充过程中产气对动态阻抗变化的影响规律,发现了过充进展过程中阻抗斜率的转变特征,并具有普适性。以该动态阻抗斜率转变特征为标志,可以对电池发生热失控提前预警,为避免热失控发生提供了时间窗口。该预警方法仅通过对动态阻抗的测量与简单计算即可实现,并有明确的电化学理论依据,并具有较高的可靠性。