研究動力電池係統的失效模式對提高電池壽命、電動車輛的安全性和可靠性
、jiangdidiandongcheshiyongchengbenyouzhiguanzhongyaodeyiyi。benwencongdonglidianchixitongwaizaibiaoxianshixiaomoshitansuohehouguojinxingfenxibingtichuxiangyingchulicuoshi。zaidonglidianchixitongshejishikaolvgezhongshixiaomoshiyitigaodonglidianchianquanxing。

　　

動力電池係統通常由電芯
、電池管理係統、Pack係統含功能元器件、線束、結構件等相關組建構成。動力電池係統失效模式
，可以分為三種不同層級的失效模式，即電芯失效模式
、電池管理係統失效模式
、Pack係統集成失效模式。

　　

　　

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(dian)池(chi)內(nei)短(duan)路(lu)是(shi)由(you)電(dian)芯(xin)內(nei)部(bu)引(yin)起(qi)的(de)，引(yin)起(qi)電(dian)池(chi)內(nei)短(duan)路(lu)的(de)原(yuan)因(yin)有(you)很(hen)多(duo)，可(ke)能(neng)是(shi)由(you)於(yu)電(dian)芯(xin)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)缺(que)陷(xian)導(dao)致(zhi)或(huo)是(shi)因(yin)為(wei)長(chang)期(qi)振(zhen)動(dong)外(wai)力(li)導(dao)致(zhi)電(dian)芯(xin)變(bian)形(xing)所(suo)致(zhi)。一(yi)旦(dan)發(fa)生(sheng)嚴(yan)重(zhong)內(nei)短(duan)路(lu)，無(wu)法(fa)阻(zu)止(zhi)控(kong)製(zhi)
，外(wai)部(bu)保(bao)險(xian)不(bu)起(qi)作(zuo)用(yong)
，肯(ken)定(ding)會(hui)發(fa)生(sheng)冒(mao)煙(yan)或(huo)燃(ran)燒(shao)。

　　

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，隻能在後期充分做好檢測以將發生內短路的概率降低。

　　

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。

　　

dianchilouyehouzhenggedianchibaodejueyuanshixiao，dandianjueyuanshixiaowentibuda
，ruguoyouliangdianhuoyishangjueyuanshixiaohuifashengwaiduanlu。congshijiyingyongqingkuanglaikan，ruanbaohesukedianxinxiangbijinshukedantigengrongyifashenglouyeqingkuangdaozhijueyuanshixiao。

　　

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，0sheshiduyishanggenjudianxintexingzhinengxiaodianliuchongdian。fashengfujixilihou
，lijinshubukehaiyuan
，daozhidianchirongliangbukenishuaijian。xilidadaoyidingyanzhongchengdu，xingchenglizhijing
，cichuangemofashengneiduanlu。suoyidonglidianchizaishiyongshiyinggaiyanjindiwenxiajinxingchongdian。

 

4、電芯脹氣鼓脹：

　　

產(chan)生(sheng)脹(zhang)氣(qi)的(de)原(yuan)因(yin)很(hen)多(duo)，主(zhu)要(yao)是(shi)因(yin)為(wei)電(dian)池(chi)內(nei)部(bu)發(fa)生(sheng)副(fu)反(fan)應(ying)產(chan)生(sheng)氣(qi)體(ti)，最(zui)為(wei)典(dian)型(xing)的(de)是(shi)與(yu)水(shui)發(fa)生(sheng)副(fu)反(fan)應(ying)。脹(zhang)氣(qi)問(wen)題(ti)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)在(zai)電(dian)芯(xin)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)嚴(yan)格(ge)控(kong)製(zhi)水(shui)分(fen)可(ke)以(yi)避(bi)免(mian)。一(yi)旦(dan)發(fa)生(sheng)電(dian)池(chi)脹(zhang)氣(qi)就(jiu)會(hui)發(fa)生(sheng)漏(lou)液(ye)等(deng)情(qing)況(kuang)。

　　

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。

　　

電芯的非安全性失效隻是影響使用性能，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(dian)壓(ya)差(cha)異(yi)過(guo)大(da)
，引(yin)起(qi)電(dian)池(chi)續(xu)航(hang)能(neng)力(li)變(bian)差(cha)。引(yin)起(qi)電(dian)池(chi)間(jian)一(yi)致(zhi)性(xing)變(bian)差(cha)的(de)原(yuan)因(yin)是(shi)多(duo)個(ge)方(fang)麵(mian)的(de)，包(bao)括(kuo)電(dian)池(chi)的(de)生(sheng)產(chan)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)，電(dian)池(chi)的(de)存(cun)放(fang)時(shi)間(jian)長(chang)短(duan)，電(dian)池(chi)組(zu)充(chong)放(fang)電(dian)期(qi)間(jian)的(de)的(de)溫(wen)度(du)差(cha)異(yi)
，充(chong)放(fang)電(dian)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)等(deng)。

　　

目mu前qian解jie決jue方fang法fa主zhu要yao是shi提ti高gao電dian池chi的de生sheng產chan製zhi造zao工gong藝yi控kong製zhi水shui平ping，從cong生sheng產chan關guan盡jin可ke能neng保bao證zheng電dian池chi的de一yi致zhi性xing
，使shi用yong同tong一yi批pi次ci電dian池chi進jin行xing配pei組zu。這zhe種zhong方fang法fa有you一yi定ding效xiao果guo
，但dan無wu法fa根gen治zhi
，電dian池chi組zu使shi用yong一yi段duan時shi間jian後hou一yi致zhi性xing差cha的de問wen題ti還hai會hui出chu現xian，電dian池chi組zu發fa生sheng不bu一yi致zhi性xing問wen題ti後hou，如ru果guo不bu能neng及ji時shi處chu理li，問wen題ti會hui愈yu加jia嚴yan重zhong，甚shen至zhi會hui發fa生sheng危wei險xian。

　　

2
、自放電過大：

　　

dianchizhizaoshizazhizaochengdeweiduanlusuoyinqidebukenifanyingshizaochenggebiedianchizifangdianpiandadezuizhuyaoyuanyin。zaidaduodianchishengchanchangjiaduidianchidezifangdianweixiaoshidoukehulve
，youyudianchizaichangshijiandechongfangdianjigezhiguochengzhong
，suihuanjingtiaojianfashenghuaxuefanying

，yinqidianchidazifangdianxianxiang，zheshidianchidianliangjiangdi，xingnengdixia
，bunengmanzushiyongxuqiu。

　　

3、低溫放電容量減少：

　　

隨sui著zhe溫wen度du的de降jiang低di
，電dian解jie液ye低di溫wen性xing能neng不bu好hao
，參can與yu反fan應ying不bu夠gou
，電dian解jie液ye電dian導dao率lv降jiang低di而er導dao致zhi電dian池chi電dian阻zu增zeng大da
，電dian壓ya平ping台tai降jiang低di，容rong量liang也ye降jiang低di。目mu前qian各ge廠chang家jia電dian池chi-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裏程。

　　

4
、電池容量衰減：

　　

電dian池chi容rong置zhi衰shuai減jian主zhu要yao來lai自zi於yu活huo性xing鋰li離li子zi的de損sun失shi以yi及ji電dian極ji活huo性xing材cai料liao的de損sun失shi。正zheng極ji活huo性xing材cai料liao層ceng狀zhuang結jie構gou規gui整zheng度du下xia降jiang
，負fu極ji活huo性xing材cai料liao上shang沉chen積ji鈍dun化hua膜mo，石shi墨mo化hua程cheng度du降jiang低di，隔ge膜mo孔kong隙xi率lv下xia降jiang，導dao致zhi電dian池chi電dian荷he傳chuan遞di阻zu抗kang增zeng大da。脫tuo嵌qian鋰li能neng力li下xia降jiang，從cong而er導dao致zhi容rong量liang的de損sun失shi。

　　

電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)衰(shuai)減(jian)是(shi)電(dian)池(chi)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)的(de)問(wen)題(ti)。但(dan)是(shi)目(mu)前(qian)電(dian)池(chi)廠(chang)家(jia)應(ying)該(gai)首(shou)要(yao)解(jie)決(jue)前(qian)麵(mian)安(an)全(quan)性(xing)失(shi)效(xiao)問(wen)題(ti)和(he)電(dian)池(chi)一(yi)致(zhi)性(xing)問(wen)題(ti)，在(zai)這(zhe)個(ge)基(ji)礎(chu)上(shang)再(zai)考(kao)慮(lv)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)的(de)循(xun)環(huan)壽(shou)命(ming)。

 

　　

電池的單體失效不僅和電池本身有關

，也和電池管理係統BMS失效有關。BMS失效模式也會造成嚴重的事故有以下幾類：

　　

1、BMS電壓檢測失效導致電池過充電或過放電：

　　

連接、壓線過程或接觸不良導致電壓檢測線失效，BMS沒有電壓信息，充電時該停止時沒有停止。電池過充會著火、爆炸，磷酸鐵鋰過充至5V以上大部分隻是冒煙
，但是三元電池一旦過充，會發生爆炸。

　　

而且，過充電容易導致鋰離子電池中的電解液分解釋放出氣體，從而導致電池鼓脹，嚴重的話甚至會冒煙起火
；電池過放電會導致電池正極材料分子結構損壞，從而導致充不進去電；同tong時shi電dian池chi電dian壓ya過guo低di造zao成cheng電dian解jie液ye分fen解jie

，幹gan涸he發fa生sheng析xi鋰li，回hui到dao電dian池chi內nei短duan路lu問wen題ti。在zai係xi統tong設she計ji時shi應ying該gai選xuan用yong可ke靠kao的de電dian壓ya采cai集ji線xian，在zai生sheng產chan過guo程cheng中zhong嚴yan格ge管guan控kong
，杜du絕jue電dian壓ya采cai集ji線xian的de失shi效xiao。

　　

2、BMS電流檢測失效

　　

霍爾傳感器失效，BMS采集不到電流，SOC無wu法fa計ji算suan，偏pian差cha大da。電dian流liu檢jian測ce失shi效xiao可ke能neng導dao致zhi充chong電dian電dian流liu過guo大da。充chong電dian電dian流liu大da，電dian芯xin內nei部bu發fa熱re大da，溫wen度du超chao過guo一yi定ding溫wen度du，會hui使shi隔ge膜mo固gu化hua容rong量liang衰shuai減jian，嚴yan重zhong影ying響xiang電dian池chi壽shou命ming。

　　

3
、BMS溫度檢測失效

　　

溫度檢測失效導致電池工作使用溫度過高，電池發生不可逆反應，對電池容量、內阻有很大影響。電芯日曆壽命跟溫度直接相關，45度時的循環次數是25度時的一半，另外溫度過高電池易發生鼓脹、漏液
，爆炸等問題，因此在電池使用過程中要嚴格控製電池的溫度在20-45攝氏度之間，除能有效提高電池的使用壽命和可靠性之外還能有效避免電池低溫充電析鋰造成的短路以及高溫熱失控。

　　

4、絕緣監測失效：

　　

在動力電池係統發生變形或漏液的情況下都會發生絕緣失效，如果BMS沒有被檢測出來，有可能發生人員觸電。因此BMS係統對監測的傳感器要求應該是最高的，避免監測係統失效可以極大地提高動力電池的安全性。

　　

5

、電磁兼容問題通訊失效：

　　

對BMS係統來說，電磁兼容主要考核它抗電磁幹擾能力。電磁幹擾會導致BMS通訊失效，引發以上幾個問題。

　　

6
、SOC估算偏差大：

　　

目前所有BMS廠家普遍存在的問題，隻偏差大小的差別。基本上目前的檢驗標準要求都是5%以內，大部分廠家BMS應該都很難達到，因為實際使用中SOC誤差會越來越大，因為使用環境更加的複雜，影響精度的條件更多。

　　

　　

1、彙流排的失效：

　　

如ru果guo是shi螺luo栓shuan連lian接jie
，在zai後hou期qi使shi用yong過guo程cheng中zhong，螺luo栓shuan氧yang化hua脫tuo落luo或huo振zhen動dong導dao致zhi螺luo栓shuan鬆song了le都dou會hui導dao致zhi導dao體ti連lian接jie處chu產chan生sheng大da量liang的de熱re
，極ji端duan情qing況kuang下xia會hui導dao致zhi動dong力li電dian池chi著zhe火huo。因yin此ci絕jue大da部bu分fen動dong力li電dian池chi係xi統tong生sheng產chan廠chang家jia在zaiPack設計時電芯與電芯連接或模塊與模塊連接處采用激光焊接，或在連接處增加溫度傳感器通過檢測的手段避免彙流排的失效。

　　

2、動力電池係統主回路連接器失效：

　　

donglidianchixitonggaoyaxiantongguolianjieqiyuwaibugaoyaxitongxianglian。lianjieqixingnengbukekao
，zaizhendongxiafashengxujie，chanshenggaowenshaoshilianjieqi。yibanlaishuolianjieqiwenduchaoguo90度(du)就(jiu)會(hui)發(fa)生(sheng)連(lian)接(jie)失(shi)效(xiao)。因(yin)此(ci)在(zai)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)時(shi)連(lian)接(jie)器(qi)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)高(gao)壓(ya)互(hu)鎖(suo)功(gong)能(neng)，或(huo)在(zai)連(lian)接(jie)器(qi)附(fu)進(jin)加(jia)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)，時(shi)刻(ke)監(jian)測(ce)連(lian)接(jie)器(qi)的(de)溫(wen)度(du)以(yi)防(fang)止(zhi)連(lian)接(jie)器(qi)的(de)失(shi)效(xiao)。

　　

3、高壓接觸器粘黏：

　　

jiechuqiyouyidingcishudedaizaiduankai

，dabufenjiechuqizaidadianliudaizaibiheshishaoshi。zaixitongshejiyibancaiyongshuangjidianqifangan，anzhaoxianhoushunxubihekongzhiyibimiangaoyajiechuqizhannian。

　　

4、熔斷器過流保護失效：

　　

高gao壓ya係xi統tong部bu件jian中zhong的de熔rong斷duan器qi的de選xuan型xing匹pi配pei，梯ti度du先xian斷duan哪na個ge後hou斷duan哪na個ge需xu要yao綜zong合he考kao慮lv。振zhen動dong或huo外wai部bu受shou到dao碰peng撞zhuang擠ji壓ya導dao致zhi動dong力li電dian池chi發fa生sheng形xing變bian
，密mi封feng失shi效xiao，IP等級降低，因此在係統設計時需要考率電池箱結構的碰撞防護。

　　

根據以上動力電池係統的各種失效模式，科研人員和電池廠商需要通過不斷改進工藝和技術提高鋰電池電芯的安全性，BMS係(xi)統(tong)廠(chang)商(shang)要(yao)充(chong)分(fen)了(le)解(jie)電(dian)池(chi)的(de)性(xing)能(neng)，基(ji)於(yu)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)的(de)安(an)全(quan)設(she)計(ji)原(yuan)則(ze)，設(she)計(ji)出(chu)安(an)全(quan)可(ke)靠(kao)的(de)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)
，同(tong)時(shi)正(zheng)確(que)的(de)使(shi)用(yong)是(shi)保(bao)障(zhang)電(dian)池(chi)安(an)全(quan)性(xing)的(de)最(zui)終(zhong)屏(ping)障(zhang)。使(shi)用(yong)者(zhe)要(yao)正(zheng)確(que)使(shi)用(yong)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)，杜(du)絕(jue)機(ji)械(xie)濫(lan)用(yong)

、熱濫用和電濫用，切實提高電動汽車的安全性和可靠性。