Estudiar los modos de falla de los sistemas de baterías de energía es de vital importancia para mejorar la vida útil de la batería, la seguridad y confiabilidad de los vehículos eléctricos y reducir el costo de los vehículos eléctricos. Este artículo analiza los modos de falla y las consecuencias del desempeño externo del sistema de batería de energía y propone las medidas de tratamiento correspondientes. Se consideran varios modos de falla en el diseño del sistema de batería de potencia para mejorar la seguridad de la batería de potencia.

El sistema de batería de potencia generalmente se compone de baterías, sistemas de gestión de baterías, sistemas Pack que incluyen componentes funcionales, arneses de cableado, piezas estructurales y otros componentes relacionados. Los modos de falla del sistema de batería de potencia se pueden dividir en tres niveles diferentes de modos de falla, a saber, el modo de falla de la celda de la batería, el modo de falla del sistema de administración de la batería y el modo de falla de la integración del sistema Pack.

Primero, modo de falla de la batería
Los modos de falla de las baterías se pueden dividir en modos de falla de seguridad y modos de falla no seguros. Los principales fallos de seguridad de la batería son los siguientes:

1. T Los polos positivo y negativo de la batería están en cortocircuito:
El cortocircuito interno de la batería es causado por el interior de la celda de la batería. Hay muchas razones para el cortocircuito interno de la batería. Puede ser causado por defectos en el proceso de producción de la celda de la batería o la deformación de la celda de la batería debido a la vibración prolongada y la fuerza externa. Una vez que se produce un cortocircuito interno grave, el control no se puede prevenir y el seguro externo no funciona, y definitivamente se producirá humo o quemaduras.

Si nos encontramos con esta situación, lo único que podemos hacer es avisar a las personas en el vehículo para que escapen. Con respecto al problema de cortocircuito interno de la batería, hasta ahora, el fabricante de la batería no ha podido filtrar 100% de las celdas que probablemente tengan un cortocircuito interno en la fábrica. Solo pueden hacer una prueba suficiente en la etapa posterior para reducir la probabilidad de un cortocircuito interno.

2. Fuga de la celda de la batería:
Este es un modo de falla muy peligroso y muy común. Muchos accidentes por incendio de vehículos eléctricos son causados ​​por fugas de la batería. Las razones de la fuga de la batería son: daño por fuerza externa; colisión, instalación incorrecta y daño a la estructura de sellado; Razones de fabricación: defectos de soldadura, pegamento de sellado insuficiente y rendimiento de sellado deficiente.
Después de que la batería tiene fugas, el aislamiento de todo el paquete de baterías falla y el problema de la falla del aislamiento en un solo punto no es grande. Si hay dos o más fallas de aislamiento, se producirá un cortocircuito externo. Desde la perspectiva de las aplicaciones prácticas, las baterías de paquete blando y de caja de plástico son más propensas a tener fugas y provocar fallas en el aislamiento que las celdas individuales de caja metálica.

3. Precipitación de litio en el electrodo negativo de la batería:
El uso inadecuado de la batería, la sobrecarga, la carga a baja temperatura y la carga de alta corriente harán que el electrodo negativo de la batería degrade el litio. Las baterías de fosfato de hierro y litio o ternarias producidas por la mayoría de los fabricantes nacionales sufrirán una evolución de litio cuando se carguen por debajo de los 0 grados Celsius. Por encima de 0 grados centígrados, solo se pueden cargar con baja corriente según las características de la batería. Después de la precipitación de litio en el electrodo negativo, el metal de litio no se puede reducir, lo que resulta en una degradación irreversible de la capacidad de la batería. El desprendimiento de litio alcanza un cierto grado de severidad, formando dendritas de litio, perforando el diafragma y provocando un cortocircuito interno. Por lo tanto, la batería de alimentación no debe cargarse a baja temperatura cuando esté en uso.

4. Hinchazón e hinchazón de la celda de la batería:
Hay muchas razones para la flatulencia, principalmente debido a la reacción secundaria dentro de la batería para producir gas, la más típica es la reacción secundaria con agua. El problema de la flatulencia se puede evitar controlando estrictamente la humedad en el proceso de producción de la batería. Una vez que se inflame la batería, se producirán fugas de líquido.

Los modos de falla anteriores son problemas muy graves y pueden causar víctimas. Incluso si una celda de la batería se usa durante uno o dos años sin problemas, no significa que la celda de la batería no tendrá problemas en el futuro. Cuanto más tiempo se use la batería, mayor será el riesgo de falla de la batería.

La falla no relacionada con la seguridad de la celda de la batería solo afecta el rendimiento, principalmente de la siguiente manera:

1. Consistencia deficiente de la capacidad:
La inconsistencia de la batería de alimentación generalmente se refiere a la diferencia excesiva en la capacidad restante y el voltaje de la batería en un grupo de baterías, lo que hace que la vida útil de la batería se deteriore. Hay muchas razones para la poca consistencia entre las baterías, incluido el proceso de fabricación de la batería, el tiempo de almacenamiento de la batería, la diferencia de temperatura durante la carga y descarga del paquete de batería y el tamaño de la corriente de carga y descarga.
La solución actual es principalmente mejorar el nivel de control del proceso de producción y fabricación de la batería, asegurar la consistencia de la batería tanto como sea posible desde el pase de producción y utilizar el mismo lote de baterías para el ensamblaje. Este método tiene cierto efecto, pero no se puede curar. El problema de la mala consistencia de la batería aparecerá después de un período de uso. Después de que ocurra la inconsistencia del paquete de baterías, si no se puede solucionar a tiempo, el problema se volverá más serio e incluso peligroso.

2. Autodescarga excesiva:
La reacción irreversible provocada por el micro cortocircuito provocado por las impurezas durante la fabricación de las baterías es la principal razón de la autodescarga excesiva de las baterías individuales. En la mayoría de los fabricantes de baterías, la autodescarga de la batería se puede ignorar en micro horas. Debido a que la batería se carga y descarga durante mucho tiempo y se almacena, la reacción química se produce con las condiciones ambientales, lo que hace que la batería se descargue automáticamente, lo que reduce la potencia y el rendimiento de la batería. Bajo, incapaz de satisfacer las necesidades de uso. .

3. Capacidad de descarga reducida a baja temperatura:
A medida que la temperatura disminuye, el rendimiento del electrolito a baja temperatura no es bueno y la reacción no es suficiente. La conductividad del electrolito disminuye, lo que conduce a un aumento de la resistencia de la batería, una disminución de la meseta de voltaje y una disminución de la capacidad. En la actualidad, la capacidad de descarga de baterías de varios fabricantes a -20 grados es básicamente 70% to 75% de la capacidad nominal. La capacidad de descarga de la batería se reduce a bajas temperaturas y el rendimiento de descarga es deficiente, lo que afecta el rendimiento y la autonomía de conducción de los vehículos eléctricos.

4. A atenuación de la capacidad de la batería:
La atenuación del alojamiento de la batería proviene principalmente de la pérdida de iones de litio activos y la pérdida de materiales activos de los electrodos. La regularidad de la estructura en capas del material activo del electrodo positivo se reduce y la película de pasivación se deposita sobre el material activo del electrodo negativo, el grado de grafitización se reduce y la porosidad del separador se reduce, lo que resulta en un aumento en la impedancia de transferencia de carga de la batería. La capacidad de desintercalar el litio se reduce, lo que resulta en una pérdida de capacidad.

La degradación de la capacidad de la batería es un problema inevitable para las baterías. Pero en la actualidad, los fabricantes de baterías deben resolver primero los problemas de fallas de seguridad anteriores y los problemas de consistencia de la batería, y luego considerar extender el ciclo de vida de la batería sobre esta base.

Segundo, modo de falla BMS
La falla de la celda de la batería no solo está relacionada con la batería en sí, sino también con la falla del sistema de gestión de la batería BMS. Los modos de falla del BMS también pueden causar accidentes graves en las siguientes categorías:

1. La falla en la detección de voltaje del BMS causa una sobrecarga o descarga excesiva de la batería:
La conexión, el proceso de engarzado o el contacto deficiente hacen que la línea de detección de voltaje falle, el BMS no tiene información de voltaje y no se detiene cuando debería detenerse durante la carga. La batería se incendiará y explotará si se sobrecarga. La sobrecarga de fosfato de hierro y litio por encima de 5V es principalmente humo, pero una vez que la batería ternaria se sobrecarga, explotará.
Además, la sobrecarga puede fácilmente hacer que el electrolito de la batería de iones de litio se descomponga y libere gas, lo que puede hacer que la batería se hinche, o incluso que emita humo o se incendie en casos graves; la descarga excesiva de la batería puede dañar la estructura molecular del material del electrodo positivo de la batería, lo que provocará que la batería no se cargue; Al mismo tiempo, el voltaje de la batería es demasiado bajo para hacer que el electrolito se descomponga, se seque y libere litio, y vuelva al problema de cortocircuito de la batería. Las líneas de recolección de voltaje confiables deben seleccionarse cuando se diseña el sistema y controlarse estrictamente durante el proceso de producción para evitar la falla de las líneas de recolección de voltaje.

2. La detección de corriente BMS falla
El sensor Hall falla, el BMS no puede recolectar corriente, el SOC no se puede calcular y la desviación es grande. La falla en la detección de corriente puede causar una corriente de carga excesiva. La corriente de carga es grande, el calentamiento interno de la batería es grande y la temperatura excede cierta temperatura, lo que reducirá la capacidad de curado del diafragma y afectará seriamente la vida útil de la batería.

3. La detección de temperatura BMS falla
La falla en la detección de temperatura conduce a una temperatura de funcionamiento excesivamente alta de la batería y una reacción irreversible de la batería, lo que tiene una gran influencia en la capacidad y la resistencia interna de la batería. La vida útil de la celda de la batería está directamente relacionada con la temperatura. El número de ciclos a 45 grados es la mitad que a 25 grados. Además, la batería es propensa a hincharse, fugas, explosiones y otros problemas cuando la temperatura es demasiado alta. Por lo tanto, la temperatura de la batería debe controlarse estrictamente durante el uso de la batería. Entre 20 y 45 grados Celsius, además de mejorar de manera efectiva la vida útil y la confiabilidad de la batería, también puede evitar de manera efectiva el cortocircuito causado por la carga a baja temperatura de la batería y la evolución del litio y la fuga térmica a alta temperatura.

4. Fallo de control de aislamiento:
Ocurrirá una falla de aislamiento cuando el sistema de batería de energía se deforme o tenga fugas. Si no se detecta el BMS, puede producirse una descarga eléctrica. Por lo tanto, el sistema BMS debe tener los requisitos más altos para los sensores de monitoreo, y evitar la falla del sistema de monitoreo puede mejorar en gran medida la seguridad de la batería de energía.

5. Fallo de comunicación por problemas de compatibilidad electromagnética:
Para el sistema BMS, la compatibilidad electromagnética evalúa principalmente su capacidad para resistir la interferencia electromagnética. La interferencia electromagnética hará que la comunicación BMS falle y cause los problemas anteriores.

6. Gran desviación de la estimación del SOC:
En la actualidad, el problema común de todos los fabricantes de BMS es la diferencia en el tamaño de la desviación. Básicamente, los requisitos de los estándares de inspección actuales son inferiores a 5%, a y el BMS de la mayoría de los fabricantes debería ser difícil de lograr, porque el error de SOC será cada vez mayor en el uso real, porque el entorno de uso es más complicado y hay más condiciones que afectan la precisión. .

Tres, modo de falla de integración del sistema Pack
1. Fallo de la barra colectora:
Si es una conexión de perno, en el proceso de uso posterior, el perno se oxida y se cae o la vibración hace que el perno se afloje, lo que causará mucho calor en la conexión del conductor y, en casos extremos, causará la energía. batería para incendiarse. Por lo tanto, la mayoría de los fabricantes de sistemas de baterías eléctricas utilizan soldadura láser en la celda y la conexión de la celda o el módulo y la conexión del módulo al diseñar el paquete, o agregan un sensor de temperatura en la conexión para evitar la falla de la barra colectora por medio de la detección.

2. T El conector del circuito principal del sistema de batería de potencia falla:
La línea de alto voltaje del sistema de batería de potencia está conectada al sistema externo de alto voltaje a través de un conector. El rendimiento del conector no es confiable y la conexión virtual ocurre bajo vibración, lo que resulta en una ablación del conector por alta temperatura. En términos generales, la falla de conexión se producirá si la temperatura del conector supera los 90 grados. Por lo tanto, en el diseño del sistema, el conector debe agregar una función de enclavamiento de alto voltaje, o agregar un sensor de temperatura al conector, y monitorear la temperatura del conector en todo momento para evitar que el conector falle.

3. Pegajosidad del contactor de alto voltaje:
El contactor tiene un cierto número de desconexión de carga y la mayoría de los contactores se ablatan cuando se cierra la carga de alta corriente. En el diseño del sistema, generalmente se adopta un esquema de relé doble y el control se cierra en secuencia para evitar que el contactor de alto voltaje se atasque.

4. The falla la protección de sobrecorriente del fusible:
La selección y adaptación del fusible en los componentes del sistema de alto voltaje, el gradiente que se rompe primero y luego se rompe, debe considerarse de manera integral. La vibración o el impacto externo y la extrusión provocan la deformación de la batería de alimentación, la falla del sello y una clasificación IP más baja. Por lo tanto, la protección contra colisiones de la estructura de la caja de la batería debe tenerse en cuenta en el diseño del sistema.

De acuerdo con los diversos modos de falla del sistema de batería de energía mencionados anteriormente, los investigadores y los fabricantes de baterías deben mejorar la seguridad de las celdas de las baterías de litio a través de la mejora continua de los procesos y tecnologías. Los fabricantes de sistemas BMS deben comprender completamente el rendimiento de la batería, basándose en los principios de diseño de seguridad de las baterías eléctricas. Diseñar un sistema de batería seguro y confiable, mientras que el uso correcto es la barrera definitiva para garantizar la seguridad de la batería. Los usuarios deben usar el sistema de batería de energía correctamente, evitar el abuso mecánico, el abuso del calor y el abuso de la electricidad, y mejorar de manera efectiva la seguridad y confiabilidad de los vehículos eléctricos.