動力電池系統失效模式分析-----電芯部分 上


動力電池系統通常由電芯、電池管理系統、Pack系統含功能元器件、線束、結構件等相關組建構成。動力電池系統失效模式,可以分為三種不同層級的失效模式,即電芯失效模式、電池管理系統失效模式、Pack系統集成失效模式,鋰電老兵馬工為你分享鋰電故事!

一、電芯失效模式

電芯的失效模式又可分為安全性失效模式和非安全性失效模式。

電芯安全性失效主要有以下幾點:

1、電芯內部正負極短路:

電池內短路是由電芯內部引起的,引起電池內短路的原因有很多,可能是由於電芯生產過程中缺陷導致或是因為長期振動外力導致電芯變形所致。一旦發生嚴重內短路,無法阻止控制,外部保險不起作用,肯定會發生冒煙或燃燒。如果遭遇到該情況,我們能做的就是第一時間通知車上人員逃生。對於電池內部短路問題,目前為止電池廠家沒有辦法在出廠時100%將有可能發生內短路的電芯篩選出來,只能在後期充分做好檢測以將發生內短路的概率降低。


動力電池系統失效模式分析-----電芯部分 上


2、電池單體漏液:

這是非常危險,也是非常常見的失效模式。電動汽車著火的事故很多都是因為電池漏液造成的。電池漏液的有原因有:外力損傷;碰撞、安裝不規範造成密封結構被破壞;製造原因:焊接缺陷、封合膠量不足造成密封性能不好等。電池漏液後整個電池包的絕緣失效,單點絕緣失效問題不大,如果有兩點或以上絕緣失效會發生外短路。從實際應用情況來看,軟包和塑殼電芯相比金屬殼單體更容易發生漏液情況導致絕緣失效。

3、電池負極析鋰:

電池使用不當,過充電、低溫充電、大電流充電都會導致電池負極析鋰。國內大部分廠家生產的磷酸鐵鋰或三元電池在0攝氏度以下充電都會發生析鋰,0攝氏度以上根據電芯特性只能小電流充電。發生負極析鋰後,鋰金屬不可還原,導致電池容量不可逆衰減。析鋰達到一定嚴重程度,形成鋰枝晶,刺穿隔膜發生內短路。所以動力電池在使用時應該嚴禁低溫下進行充電。

4、電芯脹氣鼓脹:

產生脹氣的原因很多,主要是因為電池內部發生副反應產生氣體,最為典型的是與水發生副反應。脹氣問題可以通過在電芯生產過程嚴格控制水分可以避免。一旦發生電池脹氣就會發生漏液等情況。以上幾種失效模式是非常嚴重的問題,可能會造成人員傷亡。即使一個電芯使用1、2年沒有問題,並不代表這個電芯以後沒有問題,使用越久的電池失效的風險越大。


動力電池系統失效模式分析-----電芯部分 上


電芯的非安全性失效只是影響使用性能,主要有以下幾點:

1、容量一致性差:

動力電池的不一致性通常是指一組電池內電池的剩餘容量差異過大、電壓差異過大,引起電池續航能力變差。引起電池間一致性變差的原因是多個方面的,包括電池的生產製造工藝,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。目前解決方法主要是提高電池的生產製造工藝控制水平,從生產關儘可能保證電池的一致性,使用同一批次電池進行配組。這種方法有一定效果,但無法根治,電池組使用一段時間後一致性差的問題還會出現,電池組發生不一致性問題後,如果不能及時處理,問題會愈加嚴重,甚至會發生危險。

2、自放電過大:

電池製造時雜質造成的微短路所引起的不可逆反應是造成個別電池自放電偏大的最主要原因。在大多電池生產廠家對電池的自放電微小時都可忽略,由於電池在長時間的充放電及擱置過程中,隨環境條件發生化學反應,引起電池大自放電現象,這使電池電量降低,性能低下,不能滿足使用需求。

3、低溫放電容量減少:

隨著溫度的降低,電解液低溫性能不好,參與反應不夠,電解液電導率降低而導致電池電阻增大,電壓平臺降低,容量也降低。目前各廠家電池-20度下的放電容量基本在額定容量的70%~75%。低溫下電池放電容量減少,且放電性能差,影響電動汽車的使用性能和續駛里程。


動力電池系統失效模式分析-----電芯部分 上


4、電池容量衰減:

電池容置衰減主要來自於活性鋰離子的損失以及電極活性材料的損失。正極活性材料層狀結構規整度下降,負極活性材料上沉積鈍化膜,石墨化程度降低,隔膜孔隙率下降,導致電池電荷傳遞阻抗增大。脫嵌鋰能力下降,從而導致容量的損失。電池容量衰減是電池不可避免的問題。但是目前電池廠家應該首要解決前面安全性失效問題和電池一致性問題,在這個基礎上再考慮延長電池的循環。

電芯是整個電池系統的基礎,基礎出現問題是往往是最嚴重的問題,我們需要選擇有質量保證的電芯,更需要在合理的規格參數下使用,任何超標使用都是冒險行動。

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