鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2020年07月07日
動力鋰電池電芯和BMS失效問題分析
什么是電池管理系統(tǒng)(BMS)
二次電池存在下面的一些缺點,如存儲能量少、壽命短、串并聯(lián)使用問題、使用安全性、電池電量估算困難等。電池的性能是很復(fù)雜的,不同類型的電池特性亦相差很大。電池管理系統(tǒng)(BMS)重要就是為了能夠提高電池的利用率,防止電池出現(xiàn)過充電和過放電,延長電池的使用壽命,監(jiān)控電池的狀態(tài)。隨著電池管理系統(tǒng)的發(fā)展,也會增添其他的功能。一般而言電動汽車電池管理系統(tǒng)要實現(xiàn)以下幾個功能:首先,準確估測動力鋰電池組的荷電狀態(tài),即電池剩余電量,保證SOC維持在合理的范圍內(nèi),防止由于過充電或過放電對電池的損傷,從而隨時預(yù)報混合動力汽車儲能電池還剩余多少能量或者儲能電池的荷電狀態(tài)。其次,動態(tài)監(jiān)測動力鋰電池組的工作狀態(tài)。在電池充放電過程中,實時采集電動汽車蓄電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓,防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。同時能夠及時給出電池狀況,選擇出有問題的電池,保持整組電池運行的可靠性和高效性,使剩余電量估計模型的實現(xiàn)成為可能。除此以外,還要建立每塊電池的使用歷史檔案,為進一步優(yōu)化和開發(fā)新型電、充電器、電動機等供應(yīng)資料,為離線分析系統(tǒng)故障供應(yīng)依據(jù)。最后,實現(xiàn)單體電池間的均衡,即為單體電池均衡充電,使電池組中各個電池都達到均衡一致的狀態(tài)。均衡技術(shù)是目前世界正在致力研究與開發(fā)的一項電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
電芯安全失效分析及技術(shù)保障措施
1.電芯內(nèi)部正負極短路,生產(chǎn)設(shè)備保障能力是關(guān)鍵
直接原因:電芯生產(chǎn)過程中有缺陷導(dǎo)致或因為長期振動外力使電芯變形所致。
失效分析:生產(chǎn)過程中電芯內(nèi)部正負極短路缺陷的剔除,是由生產(chǎn)線有關(guān)設(shè)備來保證的,假如設(shè)備保證不了,會出現(xiàn)批量產(chǎn)品質(zhì)量問題。這對電池生產(chǎn)廠家而言是基本要求。我國已經(jīng)對動力鋰電池廠家執(zhí)行了目錄管理,基本可以保證合規(guī)的電池廠家不會出現(xiàn)批量產(chǎn)品質(zhì)量問題。
安全技術(shù)措施:將不合格的(電芯內(nèi)部正負極短路)電芯篩選出來,其目標值是大于99.999%的。
危險度:一旦發(fā)生嚴重內(nèi)短路,無法阻止控制,外部保險不起用途,肯定會發(fā)生冒煙或燃燒。但是在電池生產(chǎn)廠家有充足保障能力下,發(fā)生的概率是很低的,即使發(fā)生了,整車生產(chǎn)廠家,自動滅火裝置一定要發(fā)揮保障用途的。
2.電池單體漏液,執(zhí)行工藝紀律到位是關(guān)鍵
直接原因:外力損傷;碰撞、安裝不規(guī)范造成密封結(jié)構(gòu)被破壞;焊接缺陷、封合膠量不足造成密封性能不好等。
失效分析:與軟包和塑殼電芯相比,金屬殼單體更容易發(fā)生漏液情況,導(dǎo)致絕緣失效。電池漏液后整個電池包的絕緣失效,單點絕緣失效問題不大,假如有兩點或以上絕緣失效會發(fā)生外短路。
安全技術(shù)措施:嚴格工藝紀律,提高生產(chǎn)自動化水平。
危險度:非常危險;電池漏液造成車著火事故的概率比電芯內(nèi)部正負極短路概率要大幾個數(shù)量級,這種外短路,外部保險要發(fā)揮用途的。
3.電芯脹氣鼓脹,生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境(空氣)指標達標是關(guān)鍵
直接原因:重要是因為電池內(nèi)部發(fā)生副反應(yīng)出現(xiàn)氣體,最為典型的是與水發(fā)生副反應(yīng)。
失效分析:生產(chǎn)線環(huán)境偏離規(guī)定要求。
安全技術(shù)措施:在電芯生產(chǎn)過程嚴格控制水分,即可防止。
危險度:一旦發(fā)生電池脹氣就會發(fā)生漏液等情況。這是產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量中較為嚴重的質(zhì)量問題,制定預(yù)防措施即可,同時嚴禁不合格的產(chǎn)品出廠。
4.容量一致性差,自動化生產(chǎn)線是關(guān)鍵
直接原因:電池生產(chǎn)制造工藝技術(shù)能力不足,電池的存放時間長短,電池組充放電期間的的溫度差異,充放電電流大小等。
失效分析:一致性有具體技術(shù)指標,一旦低于指標規(guī)定,表明生產(chǎn)線質(zhì)量保障體系問題嚴重,必須要進行改進措施,提高產(chǎn)品容量一致性是一個持續(xù)提高的過程。
安全技術(shù)措施:加強過程管理、評審的措施,持續(xù)提高公司質(zhì)量管理體系的能力。
危險度:危險不會立刻發(fā)生。容量一致性差,廠家要及時進行質(zhì)量改進,同時嚴禁不合格的產(chǎn)品出廠。
電池管理系統(tǒng)(BMS)安全失效模式分析及技術(shù)保障措施
1.電壓檢測線失效及措施
現(xiàn)象:電池過充,導(dǎo)致著火、爆炸;磷酸鐵鋰過充至5V以上大部分會冒煙,而三元電池一旦過充,會發(fā)生爆炸。
原因:BMS電壓(連接、壓線過程或接觸不良)電壓檢測線失效,導(dǎo)致電池過充電或過放電,充電或過放電造成。
a)電解液分解釋放出氣體,從而導(dǎo)致電池鼓脹,嚴重的話甚至?xí)盁熎鸹?
b)電池過放電會導(dǎo)致電池正極材料分子結(jié)構(gòu)損壞,從而導(dǎo)致充不進去電;
c)電池電壓過低造成電解液分解,干涸發(fā)生析鋰,引起電池內(nèi)短路。
措施:技術(shù)上選用高可靠性電壓采集線,杜絕采集線接觸不到位;管理上制定充電措施制度,責(zé)任落實到人。
2.電流檢測失效及措施
現(xiàn)象:BMS采集不到電流,SOC無法計算,偏差大。
原因:霍爾傳感器失效,充電電流大,電芯內(nèi)部發(fā)熱大,會使隔膜固化容量衰減。
措施:選用高質(zhì)量的霍爾傳感器,確保安裝質(zhì)量合格。
3.溫度檢測失效及措施
現(xiàn)象:電池工作使用溫度過高,易發(fā)生鼓脹、漏液,爆炸。
原因:溫度檢測失效。
措施:嚴格控制電池的工作溫度在20-45攝氏度之間,防止電池低溫充電析鋰造成的短路以及高溫?zé)崾Э亍?/p>
4.絕緣監(jiān)測失效及措施
現(xiàn)象:可能發(fā)生人員觸電。
原因:動力鋰電池發(fā)生變形或漏液的情況下都會發(fā)生絕緣失效。
措施:對監(jiān)測的傳感器,必須要選用高質(zhì)量、高可靠的產(chǎn)品。
5.其他失效及措施
(1)SOC估算偏差大,目前的檢驗標準要求都是5%以內(nèi),實際上難度較大。要持續(xù)提高精度。
(2)電磁兼容的抗電磁干擾能力不足,導(dǎo)致BMS通訊失效,如何保障到位,還有一定難度。產(chǎn)品同時要通過第三方強制檢測。
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