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，0攝(she)氏(shi)度(du)以(yi)上(shang)根(gen)據(ju)電(dian)芯(xin)特(te)性(xing)隻(zhi)能(neng)小(xiao)電(dian)流(liu)充(chong)電(dian)。發(fa)生(sheng)負(fu)極(ji)析(xi)鋰(li)後(hou)，鋰(li)金(jin)屬(shu)不(bu)可(ke)還(hai)原(yuan)，導(dao)致(zhi)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)不(bu)可(ke)逆(ni)衰(shuai)減(jian)。析(xi)鋰(li)達(da)到(dao)一(yi)定(ding)嚴(yan)重(zhong)程(cheng)度(du)
，形(xing)成(cheng)鋰(li)枝(zhi)晶(jing)，刺(ci)穿(chuan)隔(ge)膜(mo)發(fa)生(sheng)內(nei)短(duan)路(lu)。所(suo)以(yi)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)在(zai)使(shi)用(yong)時(shi)應(ying)該(gai)嚴(yan)禁(jin)低(di)溫(wen)下(xia)進(jin)行(xing)充(chong)電(dian)。

 

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)。

　　

muqianjiejuefangfazhuyaoshitigaodianchideshengchanzhizaogongyikongzhishuiping
，congshengchanguanjinkenengbaozhengdianchideyizhixing
，shiyongtongyipicidianchijinxingpeizu。zhezhongfangfayouyidingxiaoguo
，danwufagenzhi

，dianchizushiyongyiduanshijianhouyizhixingchadewentihaihuichuxian
，dianchizufashengbuyizhixingwentihou，ruguobunengjishichuli，wentihuiyujiayanzhong，shenzhihuifashengweixian。

　　

2
、自放電過大：

　　

電dian池chi製zhi造zao時shi雜za質zhi造zao成cheng的de微wei短duan路lu所suo引yin起qi的de不bu可ke逆ni反fan應ying是shi造zao成cheng個ge別bie電dian池chi自zi放fang電dian偏pian大da的de最zui主zhu要yao原yuan因yin。在zai大da多duo電dian池chi生sheng產chan廠chang家jia對dui電dian池chi的de自zi放fang電dian微wei小xiao時shi都dou可ke忽hu略lve
，由you於yu電dian池chi在zai長chang時shi間jian的de充chong放fang電dian及ji擱ge置zhi過guo程cheng中zhong，隨sui環huan境jing條tiao件jian發fa生sheng化hua學xue反fan應ying，引yin起qi電dian池chi大da自zi放fang電dian現xian象xiang，這zhe使shi電dian池chi電dian量liang降jiang低di，性xing能neng低di下xia，不bu能neng滿man足zu使shi用yong需xu求qiu。

　　

3
、低溫放電容量減少：

　　

suizhewendudejiangdi，dianjieyediwenxingnengbuhao
，canyufanyingbugou，dianjieyediandaolvjiangdierdaozhidianchidianzuzengda，dianyapingtaijiangdi，rongliangyejiangdi。muqiangechangjiadianchi-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)。

　　

dianchirongliangshuaijianshidianchibukebimiandewenti。danshimuqiandianchichangjiayinggaishouyaojiejueqianmiananquanxingshixiaowentihedianchiyizhixingwenti，zaizhegejichushangzaikaolvyanchangdianchidexunhuanshouming。

 

　　

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(zai)Pack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：

　　

動dong力li電dian池chi係xi統tong高gao壓ya線xian通tong過guo連lian接jie器qi與yu外wai部bu高gao壓ya係xi統tong相xiang連lian。連lian接jie器qi性xing能neng不bu可ke靠kao，在zai振zhen動dong下xia發fa生sheng虛xu接jie，產chan生sheng高gao溫wen燒shao蝕shi連lian接jie器qi。一yi般ban來lai說shuo連lian接jie器qi溫wen度du超chao過guo90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：

　　

接jie觸chu器qi有you一yi定ding次ci數shu的de帶dai載zai斷duan開kai
，大da部bu分fen接jie觸chu器qi在zai大da電dian流liu帶dai載zai閉bi合he時shi燒shao蝕shi。在zai係xi統tong設she計ji一yi般ban采cai用yong雙shuang繼ji電dian器qi方fang案an，按an照zhao先xian後hou順shun序xu閉bi合he控kong製zhi以yi避bi免mian高gao壓ya接jie觸chu器qi粘zhan黏nian。

　　

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，BMSxitongchangshangyaochongfenlejiedianchidexingneng，jiyudonglidianchideanquanshejiyuanze
，shejichuanquankekaodedianchixitong
，tongshizhengquedeshiyongshibaozhangdianchianquanxingdezuizhongpingzhang。shiyongzheyaozhengqueshiyongdonglidianchixitong
，dujuejixielanyong
、熱濫用和電濫用
，切實提高電動汽車的安全性和可靠性。