電池電極應力是影響電池性能與壽命的關鍵因素，在充放電循環中，電極材料因鋰離子嵌入/脫嵌會發生體積膨脹與收縮，產生內應力，長期積累易導致電極開裂、粉化及界面剝離，引發容量衰減、熱失控等問題。電池電極應力測量系統通過精準捕獲電極在不同工況下的應力變化，為電極材料優化、電池結構設計提供數據支撐。其工作原理圍繞“應力感知-信號轉換-數據采集-分析處理”的核心流程展開，借助精密傳感技術與數據處理算法實現應力的動態、精準測量。
核心感知模塊是應力信號捕獲的基礎，其核心是將電極的力學形變轉化為可檢測的物理信號。系統通常采用接觸式或非接觸式傳感方案：接觸式方案中，應變片是常用的傳感元件，將應變片通過專用粘結劑精準貼合在電極表面或集流體上，當電極因體積變化產生應力導致形變時，應變片的電阻會隨形變發生規律性變化（遵循金屬電阻應變效應），應力越大，形變越明顯，電阻變化量也越大，從而實現應力與電阻信號的關聯。部分高精度系統會采用光纖布拉格光柵（FBG）傳感器，利用光纖光柵的波長漂移特性感知應力，具備抗電磁干擾、耐高溫的優勢，適用于電池充放電高溫工況的應力測量。
非接觸式方案則通過光學手段捕獲應力相關的形變信號，常見技術包括數字圖像相關法（DIC）與激光位移傳感法。數字圖像相關法通過高速相機拍攝電極表面的隨機散斑圖案，在充放電過程中持續追蹤散斑位移，利用圖像匹配算法計算電極表面各點的位移場，再通過力學模型推導得到應力分布；激光位移傳感法則通過發射激光束照射電極表面，接收反射激光信號，根據激光傳播時間差或相位差計算電極表面的位移變化，進而換算出應力大小，該方案避免了接觸式測量對電極結構的干擾，適用于脆弱電極材料的應力檢測。
信號轉換與放大模塊負責將傳感元件輸出的微弱信號轉化為可采集的標準信號。對于應變片輸出的微弱電阻變化信號，系統通過惠斯通電橋將其轉化為電壓信號，再經高精度信號放大器放大，同時濾除環境噪聲（如溫度漂移、電磁干擾）；光纖光柵傳感器輸出的波長漂移信號則通過光譜儀進行解調，轉化為對應的電壓或數字信號；非接觸式測量的圖像或激光信號則通過圖像采集卡、數據采集模塊完成模擬信號向數字信號的轉換，為后續處理奠定基礎。
數據采集與分析模塊是系統的核心控制單元，通過高精度數據采集卡按設定頻率采集轉換后的信號，將數據實時傳輸至計算機。軟件系統基于預設的校準曲線與力學模型，對采集到的信號進行換算，將電阻變化量、位移量等物理量轉化為具體的應力數值（如拉應力、壓應力），同時生成應力-時間曲線、應力-充放電容量曲線等。部分高檔系統還具備實時數據分析功能，可自動識別應力峰值、應力變化速率等關鍵參數，結合電池的電壓、電流數據，實現應力變化與電化學性能的關聯分析，精準定位應力積累與電池性能衰減的內在聯系。
此外，系統還配備工況模擬模塊，可精準控制電池的充放電電流、電壓、溫度等工況參數，模擬實際使用場景下的電極應力變化，確保測量數據的實用性與可靠性。綜上，電池電極應力測量系統通過傳感技術、信號處理與數據分析的協同作用，實現了電極應力的動態、精準測量，為電池性能優化與壽命提升提供了關鍵的技術支撐。
