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充电机充电动力蓄电池体系(电芯/BMS/PACK)失效模式分析

2017-10-11 12:21:23      点击:
导读
充电机充电动力蓄电池体系一般由电芯、充电机充电蓄电池办理体系、Pack体系含功用元器件、线束、结构件等相关组成构成。充电机充电动力蓄电池体系失效形式,能够分为三种不同层级的失效形式,即电芯失效形式、充电机充电蓄电池办理体系失效形式、Pack体系集成失效形式。

  跟着电动汽车的快速开展,如何处理电动汽车所带来的安全问题,又成为汽车行业新的论题和难点。充电机充电动力蓄电池体系作为电动汽车的动力来历(或动力来历之一),其安全性和牢靠性已成为大众最为关注的焦点。

  研究充电机充电动力蓄电池体系的失效形式对进步充电机充电蓄电池寿数、电动车辆的安全性和牢靠性、下降电动车运用本钱有至关重要的含义。本文从充电机充电动力蓄电池体系外在体现失效形式探究和结果进行剖析并提出相应处理办法。在充电机充电动力蓄电池体系规划时考虑各种失效形式以进步充电机充电动力蓄电池安全性。

  充电机充电动力蓄电池体系一般由电芯、充电机充电蓄电池办理体系、Pack体系含功用元器件、线束、结构件等相关组成构成。充电机充电动力蓄电池体系失效形式,能够分为三种不同层级的失效形式,即电芯失效形式、充电机充电蓄电池办理体系失效形式、Pack体系集成失效形式。

一、电芯失效形式

  电芯的失效形式又可分为安全性失效形式和非安全性失效形式。电芯安全性失效首要有以下几点:

  1、电芯内部正负极短路:

  充电机充电蓄电池内短路是由电芯内部引起的,引起充电机充电蓄电池内短路的原因有许多,可能是由于电芯出产进程中缺点导致或是由于长期振荡外力导致电芯变形所致。一旦发作严峻内短路,无法阻挠操控,外部稳妥不起作用,肯定会发作冒烟或焚烧。

  如果遭遇到该状况,我们能做的就是第一时间告诉车上人员逃生。对于充电机充电蓄电池内部短路问题,现在为止充电机充电蓄电池厂家没有办法在出厂时100%将有可能发作内短路的电芯挑选出来,只能在后期充沛做好检测以将发作内短路的概率下降。

  2、充电机充电蓄电池单体漏液:

  这是十分危险,也是十分常见的失效形式。电动汽车着火的事端许多都是由于充电机充电蓄电池漏液构成的。充电机充电蓄电池漏液的有原因有:外力损伤;磕碰、装置不规范构成密封结构被损坏;制作原因:焊接缺点、封合胶量不足构成密封功用欠好等。

  充电机充电蓄电池漏液后整个充电机充电蓄电池包的绝缘失效,单点绝缘失效问题不大,如果有两点或以上绝缘失效会发作外短路。从实践应用状况来看,软包和塑壳电芯比较金属壳单体更简单发作漏液状况导致绝缘失效。

  3、充电机充电蓄电池负极析锂:

  充电机充电蓄电池运用不当,过充电、低温充电、大电流充电都会导致充电机充电蓄电池负极析锂。国内大部分厂家出产的磷酸铁锂或三元充电机充电蓄电池在0摄氏度以下充电都会发作析锂,0摄氏度以上依据电芯特性只能小电流充电。发作负极析锂后,锂金属不行复原,导致充电机充电蓄电池容量不行逆衰减。析锂到达必定严峻程度,构成锂枝晶,刺穿隔阂发作内短路。所以充电机充电动力蓄电池在运用时应该禁止低温下进行充电。

  4、电芯胀气鼓胀:

  发作胀气的原因许多,首要是由于充电机充电蓄电池内部发作副反响发作气体,最为典型的是与水发作副反响。胀气问题能够经过在电芯出产进程严厉操控水分能够避免。一旦发作充电机充电蓄电池胀气就会发作漏液等状况。

  以上几种失效形式是十分严峻的问题,可能会构成人员伤亡。即便一个电芯运用1、2年没有问题,并不代表这个电芯今后没有问题,运用越久的充电机充电蓄电池失效的危险越大。

  电芯的非安全性失效仅仅影响运用功用,首要有以下几点:

  1、容量共同性差:

  充电机充电动力蓄电池的不共同性一般是指一组充电机充电蓄电池内充电机充电蓄电池的剩下容量差异过大、电压差异过大,引起充电机充电蓄电池续航才能变差。引起充电机充电蓄电池间共同性变差的原因是多个方面的,包含充电机充电蓄电池的出产制作工艺,充电机充电蓄电池的存放时间长短,充电机充电蓄电池组充放电期间的的温度差异,充放电电流巨细等。

  现在处理方法首要是进步充电机充电蓄电池的出产制作工艺操控水平,从出产关尽可能确保充电机充电蓄电池的共同性,运用同一批次充电机充电蓄电池进行配组。这种方法有必定作用,但无法彻底治愈,充电机充电蓄电池组运用一段时间后共同性差的问题还会呈现,充电机充电蓄电池组发作不共同性问题后,如果不能及时处理,问题会愈加严峻,甚至会发作危险。

  2、自放电过大:

  充电机充电蓄电池制作时杂质构成的微短路所引起的不行逆反响是构成单个充电机充电蓄电池自放电偏大的最首要原因。在大多充电机充电蓄电池出产厂家对充电机充电蓄电池的自放电微小时都可忽略,由于充电机充电蓄电池在长时间的充放电及放置进程中,随环境条件发作化学反响,引起充电机充电蓄电池大自放电现象,这使充电机充电蓄电池电量下降,功用低下,不能满意运用需求。

  3、低温放电容量削减:

  跟着温度的下降,电解液低温功用欠好,参与反响不行,电解液电导率下降而导致充电机充电蓄电池电阻增大,电压渠道下降,容量也下降。现在各厂家充电机充电蓄电池-20度下的放电容量根本在额外容量的70%~75%。低温下充电机充电蓄电池放电容量削减,且放电功用差,影响电动汽车的运用功用和续驶路程。

  4、充电机充电蓄电池容量衰减:

  充电机充电蓄电池容置衰减首要来自于活性锂离子的丢失以及电极活性资料的丢失。正极活性资料层状结构规整度下降,负极活性资料上堆积钝化膜,石墨化程度下降,隔阂孔隙率下降,导致充电机充电蓄电池电荷传递阻抗增大。脱嵌锂才能下降,然后导致容量的丢失。

  充电机充电蓄电池容量衰减是充电机充电蓄电池不行避免的问题。可是现在充电机充电蓄电池厂家应该首要处理前面安全性失效问题和充电机充电蓄电池共同性问题,在这个基础上再考虑延伸充电机充电蓄电池的循环寿数。

锂离子电池失效模式分析表

功能要求

潜在的失效模式

 

极片漏箔

 

厚度偏厚

 

制程水分控制差

正极片保证电池

导电剂用量少

容量

面密度偏大

 

压实密度大

 

极片长

 

极片短

 

极片漏箔

 

厚度偏厚

 

制程水分控制差

 

导电剂用量少

负极片匹配正极

面密度偏大

容量

面密度偏小

 

压实密度大

 

极片长

 

极片短

 

负极与正极片错位

 

横向收缩率大

隔膜把正负极搁

纵向收缩率大

开,只让锂离子

厚度偏厚

通过

宽度偏节

 

孔隙率偏小

 

水含量高

电解液用于承载

 

锂离子,起导电

电导率小于9ms/cm

作用

过充性能差

 

用量偏少

 

该槽及封口后钢壳变

 

外壳用于保护极

封口尺寸不到位

组,容納极组和

钢壳表面残留电解液

电解液

及水分

 

封口处残存电解液

 

溫度高于25.C

分容

 

潜在的失效后果 容量低

电芯直径偏大,难入壳

极片掉料,低电压

内阻大,循环性能差,平台低

正负极容量不匹配,循环性能差

极片断裂,容量低,低电压

电芯直径偏大,难入壳,负极包不住正极

容量低

存在严重安全隐患 电芯直径偏大,难入壳 极片掉料,严重影响循环性能 内阻大,循环性能差,平台低 造成电解液量相对偏少,影响循环性能 正负极容量不匹配,循环及安全性能差 容量低

电芯直径偏大,难入壳 负极包不住正极,存在严重安全隐患 负极包不住正极,存在严重安全隐患

安全可靠性差,热冲击测试爆炸 安全可靠性差,热冲击测试爆炸 电芯偏厚,难入壳 短路爆炸 内阻大

化成时电池内压大,盖帽反转,电池报废;循 环型性能差

内阻大,平台低 过充4.8V爆炸

内阻大,平台低,成品电池循环衮减快 正负极短路致电池爆炸 密封差 钢壳生锈

爬液致封1=1处钢壳严重生锈 分容容量偏高

温度低于25X

分容容量偏低

.电池中国

 



二、BMS失效形式
  
  充电机充电蓄电池的单体失效不只和充电机充电蓄电池自身有关,也和充电机充电蓄电池办理体系BMS失效有关。BMS失效形式也会构成严峻的事端有以下几类:

  1、BMS电压检测失效导致充电机充电蓄电池过充电或过放电:

  衔接、压线进程或接触不良导致电压检测线失效,BMS没有电压信息,充电时该中止时没有中止。充电机充电蓄电池过充会着火、爆破,磷酸铁锂过充至5V以上大部分仅仅冒烟,可是三元充电机充电蓄电池一旦过充,会发作爆破。

  而且,过充电简单导致锂离子充电机充电蓄电池中的电解液分化释放出气体,然后导致充电机充电蓄电池鼓胀,严峻的话甚至会冒烟起火;充电机充电蓄电池过放电会导致充电机充电蓄电池正极资料分子结构损坏,然后导致充不进去电;一起充电机充电蓄电池电压过低构成电解液分化,干枯发作析锂,回到充电机充电蓄电池内短路问题。在体系规划时应该选用牢靠的电压收集线,在出产进程中严厉管控,根绝电压收集线的失效。

  2、BMS电流检测失效:

  霍尔传感器失效,BMS收集不到电流,SOC无法核算,差错大。电流检测失效可能导致充电电流过大。充电电流大,电芯内部发热大,温度超越必定温度,会使隔阂固化容量衰减,严峻影响充电机充电蓄电池寿数。

  3、BMS温度检测失效:

  温度检测失效导致充电机充电蓄电池作业运用温度过高,充电机充电蓄电池发作不行逆反响,对充电机充电蓄电池容量、内阻有很大影响。电芯日历寿数跟温度直接相关,45度时的循环次数是25度时的一半,别的温度过高充电机充电蓄电池易发作鼓胀、漏液,爆破等问题,因而在充电机充电蓄电池运用进程中要严厉操控充电机充电蓄电池的温度在20-45摄氏度之间,除能有用进步充电机充电蓄电池的运用寿数和牢靠性之外还能有用避免充电机充电蓄电池低温充电析锂构成的短路以及高温热失控。

  4、绝缘监测失效:

  在充电机充电动力蓄电池体系发作变形或漏液的状况下都会发作绝缘失效,如果BMS没有被检测出来,有可能发作人员触电。因而BMS体系对监测的传感器要求应该是最高的,避免监测体系失效能够极大地进步充电机充电动力蓄电池的安全性。

  5、电磁兼容问题通讯失效:

  对BMS体系来说,电磁兼容首要查核它抗电磁搅扰才能。电磁搅扰会导致BMS通讯失效,引发以上几个问题。

  6、SOC预算差错大:

  现在一切BMS厂家普遍存在的问题,只差错巨细的不同。根本上现在的查验规范要求都是5%以内,大部分厂家BMS应该都很难到达,由于实践运用中SOC差错会越来越大,由于运用环境愈加的杂乱,影响精度的条件更多。

三、Pack体系集成失效形式

  1、汇流排的失效:

  如果是螺栓衔接,在后期运用进程中,螺栓氧化掉落或振荡导致螺栓松了都会导致导体衔接处发作大量的热,极点状况下会导致充电机充电动力蓄电池着火。因而绝大部分充电机充电动力蓄电池体系出产厂家在Pack规划时电芯与电芯衔接或模块与模块衔接处选用激光焊接,或在衔接处增加温度传感器经过检测的手法避免汇流排的失效。

  2、充电机充电动力蓄电池体系主回路衔接器失效:

  充电机充电动力蓄电池体系高压线经过衔接器与外部高压体系相连。衔接器功用不行靠,在振荡下发作虚接,发作高温烧蚀衔接器。一般来说衔接器温度超越90度就会发作衔接失效。因而在体系规划时衔接器需求增加高压互锁功用,或在衔接器附进加温度传感器,时间监测衔接器的温度以避免衔接器的失效。

  3、高压接触器粘黏:

  接触器有必定次数的带载断开,大部分接触器在大电流带载闭合时烧蚀。在体系规划一般选用双继电器计划,依照先后顺序闭合操控以避免高压接触器粘黏。

  4、熔断器过流维护失效:

  高压体系部件中的熔断器的选型匹配,梯度先断哪个后断哪个需求归纳考虑。振荡或外部遭到磕碰揉捏导致充电机充电动力蓄电池发作形变,密封失效,IP等级下降,因而在体系规划时需求考率充电机充电蓄电池箱结构的磕碰防护。

  依据以上充电机充电动力蓄电池体系的各种失效形式,科研人员和充电机充电蓄电池厂商需求经过不断改进工艺和技能进步锂充电机充电蓄电池电芯的安全性,BMS体系厂商要充沛了解充电机充电蓄电池的功用,根据充电机充电动力蓄电池的安全规划准则,规划出安全牢靠的充电机充电蓄电池体系,一起正确的运用是保证充电机充电蓄电池安全性的终究屏障。运用者要正确运用充电机充电动力蓄电池体系,根绝机械乱用、热乱用和电乱用,实在进步电动汽车的安全性和牢靠性。