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，商能又成(chéng)为汽车行业新的话题和难点。动力电池系统作为电动汽车的动力来源但影（或动力来源之一），其安全性和可靠性已成(chéng)为公众最为关注的焦志北点。

　　研究动力电池系统的失效模式對(duì)提高电池寿命、电动车辆的安要匠全性和可靠性、降低电动车使用成(chéng)本有至关重要的意义。開可本文从动力电池系统外在表现失效模式探索和後(hòu)果進(jìn)行分析并長計提出相应处理措施。在动力电池系统设计時(shí)考虑各種(zhǒng)購劇失效模式以提高动力电池安全性。

　　动力电池系统通常由电芯、电池管理系统、Pack系统含功能(né技從ng)元器件、线束、结构件等相关组建构成(chéng)。动力电池系快錯统失效模式，可以分为三種(zhǒng)不同层级的失效模式，即电芯失效模式、上不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。电芯安全性失效主但秒要有以下几点：

　　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麗森多，可能(néng)是由于电芯生产過(guò)程中缺陷导致或大嗎是因为長(cháng)期振动外力导致电芯变形所致。一旦發(fā)生內麗严重内短路，无法阻止控制，外部保险不起(qǐ)作用，肯定會(huì子姐)發(fā)生冒烟或燃烧。

　　如果遭遇到(dào)该情况，我们能(néng)做的就(ji北土ù)是第一時(shí)间通知车上人员逃生。對(duì)于电池内部少訊短路问题，目前为止电池厂家沒(méi)有办法在出厂時(shí)1白個00%將(jiāng)有可能(néng)發(fā)生内短路的音我电芯筛选出来，只能(néng)在後(hòu)期充分做好(hǎo)检测以呢高將(jiāng)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)火又光的事(shì)故很多都(dōu)是因为电池漏液造成(chéng)的。從草电池漏液的有原因有：外力损伤；碰撞、安装不规范造成(chéng)密亮又封结构被(bèi)破坏；制造原因：焊接缺陷、封合胶量不足造成(chéng)跳拍密封性能(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道在大，如果有兩(liǎng)点或以上绝缘失效會(huì)發(fā)生外短路。从实短少际应用情况来看，软包和塑壳电芯相比金属壳单体更容易發(fā)生漏液家們情况导致绝缘失效。

　　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(dōu)會(白那huì)导致电池负极析锂。國(guó)内大部分厂家生产的磷酸铁锂房數或三元电池在0摄氏度以下充电都(dōu)會(huì)發(fā藍拍)生析锂，0摄氏度以上根据电芯特性只能(néng)小电流充电。發空從(fā)生负极析锂後(hòu)，锂金属不可還(hái)原，导致电池容量不可逆場小衰减。析锂达到(dào)一定严重程度，形成(chéng)锂枝刀靜晶，刺穿隔膜發(fā)生内短路。所以动力电池在使用時(shí)应商場该严禁低温下進(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)生副反应产生气体，最为務學典型的是与水發(fā)生副反应。胀气问题可以通過(guò)在电芯生产過舊熱(guò)程严格控制水分可以避免。一旦發(fā)生电池胀气就(jiù)會家小(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(néng)會(huì費車)造成(chéng)人员伤亡。即使一个电芯使用1、2年沒(méi)有又和问题，并不代表這(zhè)个电芯以後(hòu)沒(méi)有问题，使用越久畫火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(guò)大、电压些制差异過(guò)大，引起(qǐ)电池续航能(néng)力变差。引起(qǐ師年)电池间一致性变差的原因是多个方面(miàn)的，包括电池的務不生产制造工艺，电池的存放時(shí)间長(cháng)短，电池组充放电期间的有兵的温度差异，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，从生产姐好关尽可能(néng)保证电池的一致性，使用同一批次电池進(jìn)行新高配组。這(zhè)種(zhǒng)方法有一定效果，但无法根治，电池组使日行用一段時(shí)间後(hòu)一致性差的问题還(hái)會(huì)出现，电業為池组發(fā)生不一致性问题後(hòu)，如果不能(néng)及時(s服但hí)处理，问题會(huì)愈加严重，甚至會(huì)發(fā)生危险技文。

　　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(微白qǐ)的不可逆反应是造成(chéng)个别电池自放电偏大的最主要原因。愛紙在大多电池生产厂家對(duì)电池的自放电微小時(shí)都(靜兵dōu)可忽略，由于电池在長(cháng)時(shí)间的充放电及搁置過(業話guò)程中，随环境条件發(fā)生化學(xué)反应，引起(qǐ)电池大自放光照电现象，這(zhè)使电池电量降低，性能(néng)低下，不子鐵能(néng)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)不好微高(hǎo)，参与反应不够，电解液电导率降低而导致电池电阻增大，电刀少压平台降低，容量也降低。目前各厂家电池-20度下的放电容量基本在额定容量的7件醫0%~75%。低温下电池放电容量减少，且放电性能(néng)差，影响电动汽通離车的使用性能(néng)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。正极購間活性材料层状结构规整度下降，负极活性材料上沉积钝化膜，石墨化程度請一降低，隔膜孔隙率下降，导致电池电荷传递阻抗增大。脱嵌锂能(néng)力刀頻下降，从而导致容量的损失。

　　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要解决前面(m器通iàn)安全性失效问题和电池一致性问题，在這(zhè)个基础上再考虑延長(河飛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。BM樹拍S失效模式也會(huì)造成(chéng)严重的事(shì)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：話金

　　连接、压线過(guò)程或接触不良导致电压检测线失效，BMS沒(mé西美i)有电压信息，充电時(shí)该停止時(shí)沒(méi)有停止。我民电池過(guò)充會(huì)著(zhe)火、爆炸，磷酸铁锂過(guò一呢)充至5V以上大部分只是冒烟，但是三元电池一旦過(guò)充，鐵熱會(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，从而导什來致电池鼓胀，严重的话甚至會(huì)冒烟起(qǐ)火；电池過(房人guò)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(年又jìn)去电；同時(shí)电池电压過(guò)低造成(ch船司éng)电解液分解，干涸發(fā)生析锂，回到(dào)电池内短得多路问题。在系统设计時(shí)应该选用可靠的电压采集线，在生产過知花(guò)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，偏差費大大。电流检测失效可能(néng)导致充电电流過(guò)大。商笑充电电流大，电芯内部發(fā)热大，温度超過(guò)一定温度，會(huì)鄉體使隔膜固化容量衰减，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(fā)生如機不可逆反应，對(duì)电池容量、内阻有很大影响。电芯日历寿命跟温度直師黑接相关，45度時(shí)的循环次数是25度時(shí)的一半，另制這外温度過(guò)高电池易發(fā)生鼓胀、漏液，爆炸等问题，因些秒此在电池使用過(guò)程中要严格控制电池的温度在20-45摄藍笑氏度之间，除能(néng)有效提高电池的使用寿命和可靠性之外看黑還(hái)能(néng)有效避免电池低温充电析锂造成(chéng)的短路以及請能高温热失控。

　　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(紙能huì)發(fā)生绝缘失效，如果BMS沒(méi)有被(bèi)检测紅就出来，有可能(néng)發(fā)生人员触电。因此BMS系统對(duì體雪)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器南力电池的安全性。

　　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电年木磁干扰能(néng)力。电磁干扰會(huì)导致BMS通讯失效，引發(fā家我)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。基本上目花內前的检验标准要求都(dōu)是5%以内，大部分厂家BMS应该都訊文(dōu)很难达到(dào)，因为实际使用中SOC误差會(huì)越商身来越大，因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，螺栓氧化脱那刀落或振动导致螺栓松了都(dōu)會(huì)导致导体连接处产生可日大量的热，极端情况下會(huì)导致动力电池著(zhe)火。因此绝大部大子分动力电池系统生产厂家在Pack设计時(shí)电芯与电芯连接或還用模块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(gu木土ò)检测的手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(哥河néng)不可靠，在振动下發(fā)生虚接，产生高温烧蚀连接器。一般来說得好(shuō)连接器温度超過(guò)90度就(jiù)會(huì)發(fā這美)生连接失效。因此在系统设计時(shí)连接器需要增加高压互锁功能(通飛néng)，或在连接器附進(jìn)加温度传感器，時(shí)刻监测连接器村他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懂亮流带载闭合時(shí)烧蚀。在系统设计一般采用双继电器方案，按照先員外後(hòu)顺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)断哪在草个需要综合考虑。振动或外部受到(dào)碰撞挤压导致动力电池發(f錯匠ā)生形变，密封失效，IP等级降低，因此在系统设计時(shí)需要考率电池箱结線吧构的碰撞防护。

　　根据以上动力电池系统的各種(zhǒng)失效模式，科研人员和电紅聽池厂商需要通過(guò)不断改進(jìn)工艺和技术提高锂电池电芯的安好要全性，BMS系统厂商要充分了解电池的性能(néng)，基于动力月吃电池的安全设计原则，设计出安全可靠的电池系统，同時(shí)正确遠我的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，杜拍遠绝机械滥用、热滥用和电滥用，切实提高电动汽车的安全性和可靠性。