动力电池系统（电芯/BMS/PACK）失效模式分析！

随著(zhe)电动汽车的快速發(fā)展，如何解决电动汽车所带来的安全问题，姐些又成(chéng)为汽车行业新的话题和难点。动力电池系统作为有亮电动汽车的动力来源（或动力来源之一），其安全性和可靠性已成(chéng)为公風花众最为关注的焦点。

　　研究动力电池系统的失效模式對(duì)提高电池寿命、电动车辆的安全性和可快個靠性、降低电动车使用成(chéng)本有至关重要的意义。本文从动力电池系車道统外在表现失效模式探索和後(hòu)果進(jìn)行分析并提出相应处理措施。吧暗在动力电池系统设计時(shí)考虑各種(zhǒng)失效模式以提高唱科动力电池安全性。

　　动力电池系统通常由电芯、电池管理系统、Pack系统含功能(néng)元器做志件、线束、结构件等相关组建构成(chéng)。动力电池系统失效模為我式，可以分为三種(zhǒng)不同层级的失效模式，即电芯失效模式、身靜电池管理系统失效模式、Pack系统集成(chéng)失效模式。

　　一、电芯失效模式

　　电芯的失效模式又可分为安全性失效模式和非安全性失效模式。电芯安全性失效主問照要有以下几点：

　　1、电芯内部正负极短路：

　　电池内短路是由电芯内部引起(qǐ)的，引起(qǐ)电池内短路的原因有很多，算鐘可能(néng)是由于电芯生产過(guò)程中缺陷导致或是因为長(chá飛湖ng)期振动外力导致电芯变形所致。一旦發(fā)生严重内短路，時長无法阻止控制，外部保险不起(qǐ)作用，肯定會(huì)發(fā)來長生冒烟或燃烧。

　　如果遭遇到(dào)该情况，我们能(néng)做的就(jiù)是第一時(s他唱hí)间通知车上人员逃生。對(duì)于电池内部短路问题，目前为子她止电池厂家沒(méi)有办法在出厂時(shí)100%將(j長水iāng)有可能(néng)發(fā)生内短路的电芯筛选出来，只能(né輛數ng)在後(hòu)期充分做好(hǎo)检测以將(jiāng)行什發(fā)生内短路的概率降低。

　　2、电池单体漏液：

　　這(zhè)是非常危险，也是非常常见的失效模式。电动汽车著(zhe)多東火的事(shì)故很多都(dōu)是因为电池漏液造成(chéng子雜)的。电池漏液的有原因有：外力损伤；碰撞、安装不规范造成(chéng)密封结构吃飛被(bèi)破坏；制造原因：焊接缺陷、封合胶量不足造成(ché道家ng)密封性能(néng)不好(hǎo)等。

　　电池漏液後(hòu)整个电池包的绝缘失效，单点绝缘失效问题不大，如果有兩(靜司liǎng)点或以上绝缘失效會(huì)發(fā)生外短路。从实际应用情近從况来看，软包和塑壳电芯相比金属壳单体更容易發(fā)生漏液情况导致绝缘失效。

　　3、电池负极析锂：

　　电池使用不当，過(guò)充电、低温充电、大电流充电都(dō國鐘u)會(huì)导致电池负极析锂。國(guó)内大部分厂家生产的磷酸铁锂或金火三元电池在0摄氏度以下充电都(dōu)會(huì)發(fā)生析锂，是靜0摄氏度以上根据电芯特性只能(néng)小电流充电。發(fā)生负极析黑農锂後(hòu)，锂金属不可還(hái)原，导致电池容量不可逆衰减街購。析锂达到(dào)一定严重程度，形成(chéng)锂枝晶，刺穿民報隔膜發(fā)生内短路。所以动力电池在使用時(shí)应该严禁低鐘視温下進(jìn)行充电。

　　4、电芯胀气鼓胀：

　　产生胀气的原因很多，主要是因为电池内部發(fā)生副反应产商訊生气体，最为典型的是与水發(fā)生副反应。胀气问题可以通過(guò)在电錯子芯生产過(guò)程严格控制水分可以避免。一旦發(fā)生电池胀气就(美女jiù)會(huì)發(fā)生漏液等情况。

　　以上几種(zhǒng)失效模式是非常严重的问题，可能(nén農章g)會(huì)造成(chéng)人员伤亡。即使一个电芯使用1、2年沒(mé民生i)有问题，并不代表這(zhè)个电芯以後(hòu)沒(méi)有朋了问题，使用越久的电池失效的风险越大。

　电芯的非安全性失效只是影响使用性能(néng)，主要有以下几点：

　　1、容量一致性差：

　　动力电池的不一致性通常是指一组电池内电池的剩余容量差异過(g的文uò)大、电压差异過(guò)大，引起(qǐ)电池续航能(néng)力变差。友業引起(qǐ)电池间一致性变差的原因是多个方面(miàn)的，包括电池的生黃但产制造工艺，电池的存放時(shí)间長(cháng)短，电池组充子開放电期间的的温度差异，充放电电流大小等。

　　目前解决方法主要是提高电池的生产制造工艺控制水平，从生产关尽可男爸能(néng)保证电池的一致性，使用同一批次电池進(jìn)行配组。這數影(zhè)種(zhǒng)方法有一定效果，但无法根治，电池组通南使用一段時(shí)间後(hòu)一致性差的问题還(hái)校黃會(huì)出现，电池组發(fā)生不一致性问题後(hòu)，如果做空不能(néng)及時(shí)处理，问题會(huì)愈加严重，甚至會(huì冷光)發(fā)生危险。

　　2、自放电過(guò)大：

　　电池制造時(shí)杂质造成(chéng)的微短路所引起(qǐ)的不可逆反行通应是造成(chéng)个别电池自放电偏大的最主要原因。在大多电池生产紙大厂家對(duì)电池的自放电微小時(shí)都(dōu)可忽略，由電海于电池在長(cháng)時(shí)间的充放电及搁置過(gu做器ò)程中，随环境条件發(fā)生化學(xué)反应，引起(qǐ)电池從笑大自放电现象，這(zhè)使电池电量降低，性能(néng)低下，不能(nén森到g)满足使用需求。

　　3、低温放电容量减少：

　　随著(zhe)温度的降低，电解液低温性能(néng)不好(hǎo)，地黑参与反应不够，电解液电导率降低而导致电池电阻增大，电压平台降低，容量也降低。這學目前各厂家电池-20度下的放电容量基本在额定容量的70%~75%。低温下电業這池放电容量减少，且放电性能(néng)差，影响电动汽车的使用性能(néng)說朋和续驶裡(lǐ)程。

　　4、电池容量衰减：

　　电池容置衰减主要来自于活性锂离子的损失以及电极活性材料的损失。正极活性材料也鄉层状结构规整度下降，负极活性材料上沉积钝化膜，石墨化程度降低，隔膜孔隙明請率下降，导致电池电荷传递阻抗增大。脱嵌锂能(néng)力下降，从而导致容量厭妹的损失。

　　电池容量衰减是电池不可避免的问题。但是目前电池厂家应该首光文要解决前面(miàn)安全性失效问题和电池一致性问题，在這(zhè)費很个基础上再考虑延長(cháng)电池的循环寿命。

　　二、BMS失效模式

　　电池的单体失效不仅和电池本身有关，也和电池管理系统BMS失效有关。北答BMS失效模式也會(huì)造成(chéng)严重的事(sh票能ì)故有以下几类：

　　1、BMS电压检测失效导致电池過(guò)充电或過(guò)放电：

　　连接、压线過(guò)程或接触不良导致电压检测线失效，BM我分S沒(méi)有电压信息，充电時(shí)该停止時(shí)沒(méi)有停好輛止。电池過(guò)充會(huì)著(zhe)火、爆炸，磷酸铁锂過(樹筆guò)充至5V以上大部分只是冒烟，但是三元电池一旦過(gu間東ò)充，會(huì)發(fā)生爆炸。

　　而且，過(guò)充电容易导致锂离子电池中的电解液分解释放出气体，从而导說拍致电池鼓胀，严重的话甚至會(huì)冒烟起(qǐ)火；电池過(gu算和ò)放电會(huì)导致电池正极材料分子结构损坏，从而导致充不進錯土(jìn)去电；同時(shí)电池电压過(guò)低造成(chén數請g)电解液分解，干涸發(fā)生析锂，回到(dào)电池内短路问题。在系吃子统设计時(shí)应该选用可靠的电压采集线，在生产過(guò)低話程中严格管控，杜绝电压采集线的失效。

　　2、BMS电流检测失效

　　霍尔传感器失效，BMS采集不到(dào)电流，SOC无法计算，偏差大問那。电流检测失效可能(néng)导致充电电流過(guò)大。充电电流就見大，电芯内部發(fā)热大，温度超過(guò)一定温度，會(huì)使司村隔膜固化容量衰减，严重影响电池寿命。

　　3、BMS温度检测失效

　　温度检测失效导致电池工作使用温度過(guò)高，电池發(冷她fā)生不可逆反应，對(duì)电池容量、内阻有很大影响。电芯日历寿命跟街農温度直接相关，45度時(shí)的循环次数是25度時(shí)的一半，另外議黑温度過(guò)高电池易發(fā)生鼓胀、漏液，爆炸等问题，不刀因此在电池使用過(guò)程中要严格控制电池的温度在20-45摄氏度之间，除能呢你(néng)有效提高电池的使用寿命和可靠性之外還(hái)能(看請néng)有效避免电池低温充电析锂造成(chéng)的短路以及雨書高温热失控。

　　4、绝缘监测失效：

　　在动力电池系统發(fā)生变形或漏液的情况下都(dōu)會(huì)發裡房(fā)生绝缘失效，如果BMS沒(méi)有被(bèi)检测出紅近来，有可能(néng)發(fā)生人员触电。因此BMS系统對(d報暗uì)监测的传感器要求应该是最高的，避免监测系统失效可以极大地提高动力电池麗土的安全性。

　　5、电磁兼容问题通讯失效：

　　對(duì)BMS系统来說(shuō)，电磁兼容主要考核它抗市和电磁干扰能(néng)力。电磁干扰會(huì)导致BMS通讯失裡坐效，引發(fā)以上几个问题。

　　6、SOC估算偏差大：

　　目前所有BMS厂家普遍存在的问题，只偏差大小的差别。基本上目前冷店的检验标准要求都(dōu)是5%以内，大部分厂家BMS应该都(路道dōu)很难达到(dào)，因为实际使用中SOC误差會(huì)越来越大，因工商为使用环境更加的复杂，影响精度的条件更多。

　　三、Pack系统集成(chéng)失效模式

　　1、汇流排的失效：

　　如果是螺栓连接，在後(hòu)期使用過(guò)程中，螺栓氧化脱落影多或振动导致螺栓松了都(dōu)會(huì)导致导体连接处产生大量的暗腦热，极端情况下會(huì)导致动力电池著(zhe)火。因此绝大部分动力銀兵电池系统生产厂家在Pack设计時(shí)电芯与电芯连接或模块是小与模块连接处采用激光焊接，或在连接处增加温度传感器通過(guò)检测的手哥什段避免汇流排的失效。

　　2、动力电池系统主回路连接器失效：

　　动力电池系统高压线通過(guò)连接器与外部高压系统相连。连接器性能(né購吃ng)不可靠，在振动下發(fā)生虚接，产生高温烧蚀连接器。一般来說(s遠下huō)连接器温度超過(guò)90度就(jiù)會(huì)發我輛(fā)生连接失效。因此在系统设计時(shí)连接器需要增加術遠高压互锁功能(néng)，或在连接器附進(jìn)加温度传感器，森也時(shí)刻监测连接器的温度以防止连接器的失效。

　　3、高压接触器粘黏：

　　接触器有一定次数的带载断開(kāi)，大部分接触器在大电流带载闭合時(議美shí)烧蚀。在系统设计一般采用双继电器方案，按照先後(hòu)顺雪遠序闭合控制以避免高压接触器粘黏。

　　4、熔断器過(guò)流保护失效：

　　高压系统部件中的熔断器的选型匹配，梯度先断哪个後(hòu)断哪个需要综我物合考虑。振动或外部受到(dào)碰撞挤压导致动力电池發(fā)生形变，密綠還封失效，IP等级降低，因此在系统设计時(shí)需要考率电池箱结构的碰房少撞防护。

　　根据以上动力电池系统的各種(zhǒng)失效模式，科研人员和电池厂商新鄉需要通過(guò)不断改進(jìn)工艺和技术提高锂电池电芯的安全性刀了，BMS系统厂商要充分了解电池的性能(néng)，基于动力电池器上的安全设计原则，设计出安全可靠的电池系统，同時(shí)正确的中海使用是保障电池安全性的最终屏障。使用者要正确使用动力电池系统，杜绝机械滥用相制、热滥用和电滥用，切实提高电动汽车的安全性和可靠性。