提高动力电池安全性 动力电池系统失效模式分析

提高动力电池安全性 动力电池系统失效模式分析

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。BMS失效模式也会造成严重的事故有以下几类：

　　1、BMS电压检测失效导致电池过充电或过放电：

　　连接、压线过程或接触不良导致电压检测线失效，BMS没有电压信息，充电时该停止时没有停止。电池过充会着火、爆炸，磷酸铁锂过充至5V以上大部分只是冒烟，但是三元电池一旦过充，会发生爆炸。

　　而且，过充电容易导致锂离子电池中的电解液分解释放出气体，从而导致电池鼓胀，严重的话甚至会冒烟起火；电池过放电会导致电池正极材料分子结构损坏，从而导致充不进去电；同时电池电压过低造成电解液分解，干涸发生析锂，回到电池内短路问题。在系统设计时应该选用可靠的电压采集线，在生产过程中严格管控，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采集不到电流，SOC无法计算，偏差大。电流检测失效可能导致充电电流过大。充电电流大，电芯内部发热大，温度超过一定温度，会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过高，电池发生不可逆反应，对电池容量、内阻有很大影响。电芯日历寿命跟温度直接相关，45度时的循环次数是25度时的一半，另外温度过高电池易发生鼓胀、漏液，爆炸等问题，因此在电池使用过程中要严格控制电池的温度在20-45摄氏度之间，除能有效提高电池的使用寿命和可靠性之外还能有效避免电池低温充电析锂造成的短路以及高温热失控。

　　4、绝缘监测失效：

　　在动力电池系统发生变形或漏液的情况下都会发生绝缘失效，如果BMS没有被检测出来，有可能发生人员触电。因此BMS系统对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的安全性。

　　5、电磁兼容问题通讯失效：

　　对BMS系统来说，电磁兼容主要考核它抗电磁干扰能力。电磁干扰会导致BMS通讯失效，引发以上几个问题。

　　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。基本上目前的检验标准要求都是5%以内，大部分厂家BMS应该都很难达到，因为实际使用中SOC误差会越来越大，因为使用环境更加的复杂，影响精度的条件更多。

　三、Pack系统集成失效模式

　　1、汇流排的失效：

　　如果是螺栓连接，在后期使用过程中，螺栓氧化脱落或振动导致螺栓松了都会导致导体连接处产生大量的热，极端情况下会导致动力电池着火。因此绝大部分动力电池系统生产厂家在Pack设计时电芯与电芯连接或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过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过连接器与外部高压系统相连。连接器性能不可靠，在振动下发生虚接，产生高温烧蚀连接器。一般来说连接器温度超过90度就会发生连接失效。因此在系统设计时连接器需要增加高压互锁功能，或在连接器附进加温度传感器，时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开，大部分接触器在大电流带载闭合时烧蚀。在系统设计一般采用双继电器方案，按照先后顺序闭合控制以避免高压接触器粘黏。

　　4、熔断器过流保护失效：

　　高压系统部件中的熔断器的选型匹配，梯度先断哪个后断哪个需要综合考虑。振动或外部受到碰撞挤压导致动力电池发生形变，密封失效，IP等级降低，因此在系统设计时需要考率电池箱结构的碰撞防护。

　　根据以上动力电池系统的各种失效模式，科研人员和电池厂商需要通过不断改进工艺和技术提高锂电池电芯的安全性，BMS系统厂商要充分了解电池的性能，基于动力电池的安全设计原则，设计出安全可靠的电池系统，同时正确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。

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