BMS及動力電池電芯失效分析

　　什么是電池管理系統(tǒng)（BMS）

　　二次電池存在下面的一些缺點，如存儲能量少、壽命短、串并聯(lián)使用問題、使用安全性、電池電量估算困難等。電池的性能是很復(fù)雜的，不同類型的電池特性亦相差很大。 電池管理系統(tǒng)（BMS）主要就是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。隨著電池管理系統(tǒng)的發(fā)展，也會增添其他的功能。 一般而言電動汽車電池管理系統(tǒng)要實現(xiàn)以下幾個功能：首先，準(zhǔn)確估測動力電池組的荷電狀態(tài)，即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內(nèi)，防止由于過充電或過放電對電池的損傷，從而隨時預(yù)報混合動力汽車儲能電池還剩余多少能量或者儲能電池的荷電狀態(tài)。 其次，動態(tài)監(jiān)測動力電池組的工作狀態(tài)。在電池充放電過程中，實時采集電動汽車蓄電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。 同時能夠及時給出電池狀況，挑選出有問題的電池，保持整組電池運行的可靠性和高效性，使剩余電量估計模型的實現(xiàn)成為可能。除此以外，還要建立每塊電池的使用歷史檔案，為進(jìn)一步優(yōu)化和開發(fā)新型電、充電器、電動機(jī)等提供資料，為離線分析系統(tǒng)故障提供依據(jù)。 最后，實現(xiàn)單體電池間的均衡，即為單體電池均衡充電，使電池組中各個電池都達(dá)到均衡一致的狀態(tài)。均衡技術(shù)是目前世界正在致力研究與開發(fā)的一項電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

　　電芯安全失效分析及技術(shù)保障措施

　　1.電芯內(nèi)部正負(fù)極短路，生產(chǎn)設(shè)備保障能力是關(guān)鍵

　　直接原因：電芯生產(chǎn)過程中有缺陷導(dǎo)致或因為長期振動外力使電芯變形所致。

　　失效分析：生產(chǎn)過程中電芯內(nèi)部正負(fù)極短路缺陷的剔除，是由生產(chǎn)線有關(guān)設(shè)備來保證的，如果設(shè)備保證不了，會出現(xiàn)批量產(chǎn)品質(zhì)量問題。這對電池生產(chǎn)廠家而言是基本要求。我國已經(jīng)對動力電池廠家實施了目錄管理，基本可以保證合規(guī)的電池廠家不會出現(xiàn)批量產(chǎn)品質(zhì)量問題。

　　安全技術(shù)措施：將不合格的（電芯內(nèi)部正負(fù)極短路）電芯篩選出來，其目標(biāo)值是大于99.999%的。

　　危險度：一旦發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)短路，無法阻止控制，外部保險不起作用，肯定會發(fā)生冒煙或燃燒。但是在電池生產(chǎn)廠家有充足保障能力下，發(fā)生的概率是很低的，即使發(fā)生了，整車生產(chǎn)廠家，自動滅火裝置一定要發(fā)揮保障作用的。

　　2.電池單體漏液，執(zhí)行工藝紀(jì)律到位是關(guān)鍵

　　直接原因：外力損傷；碰撞、安裝不規(guī)范造成密封結(jié)構(gòu)被破壞；焊接缺陷、封合膠量不足造成密封性能不好等。

　　失效分析：與軟包和塑殼電芯相比，金屬殼單體更容易發(fā)生漏液情況，導(dǎo)致絕緣失效。電池漏液后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(fā)生外短路。

　　安全技術(shù)措施：嚴(yán)格工藝紀(jì)律，提高生產(chǎn)自動化水平。

　　危險度：非常危險；電池漏液造成車著火事故的概率比電芯內(nèi)部正負(fù)極短路概率要大幾個數(shù)量級，這種外短路，外部保險要發(fā)揮作用的。

　　3.電芯脹氣鼓脹，生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境（空氣）指標(biāo)達(dá)標(biāo)是關(guān)鍵

　　直接原因：主要是因為電池內(nèi)部發(fā)生副反應(yīng)產(chǎn)生氣體，最為典型的是與水發(fā)生副反應(yīng)。

　　失效分析：生產(chǎn)線環(huán)境偏離規(guī)定要求。

　　安全技術(shù)措施：在電芯生產(chǎn)過程嚴(yán)格控制水分，即可避免。

　　危險度：一旦發(fā)生電池脹氣就會發(fā)生漏液等情況。這是產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量中較為嚴(yán)重的質(zhì)量問題，制定預(yù)防措施即可，同時嚴(yán)禁不合格的產(chǎn)品出廠。

　　4.容量一致性差，自動化生產(chǎn)線是關(guān)鍵

　　直接原因：電池生產(chǎn)制造工藝技術(shù)能力不足，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。

　　失效分析：一致性有具體技術(shù)指標(biāo)，一旦低于指標(biāo)規(guī)定，表明生產(chǎn)線質(zhì)量保障體系問題嚴(yán)重，必須要進(jìn)行改進(jìn)措施，提高產(chǎn)品容量一致性是一個持續(xù)提高的過程。

　　安全技術(shù)措施：加強(qiáng)過程管理、評審的措施，持續(xù)提高企業(yè)質(zhì)量管理體系的能力。

　　危險度：危險不會立刻發(fā)生。容量一致性差，廠家要及時進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)，同時嚴(yán)禁不合格的產(chǎn)品出廠。

　　電池管理系統(tǒng)（BMS）安全失效模式分析及技術(shù)保障措施

　　1.電壓檢測線失效及措施

　　現(xiàn)象：電池過充，導(dǎo)致著火、爆炸；磷酸鐵鋰過充至5V以上大部分會冒煙，而三元電池一旦過充，會發(fā)生爆炸。

　　原因：BMS電壓（連接、壓線過程或接觸不良）電壓檢測線失效，導(dǎo)致電池過充電或過放電，充電或過放電造成。

　　a）電解液分解釋放出氣體，從而導(dǎo)致電池鼓脹，嚴(yán)重的話甚至?xí)盁熎鸹穑?/p>

　　b）電池過放電會導(dǎo)致電池正極材料分子結(jié)構(gòu)損壞，從而導(dǎo)致充不進(jìn)去電；

　　c）電池電壓過低造成電解液分解，干涸發(fā)生析鋰，引起電池內(nèi)短路。

　　措施：技術(shù)上選用高可靠性電壓采集線，杜絕采集線接觸不到位；管理上制定充電措施制度，責(zé)任落實到人。

　　2.電流檢測失效及措施

　　現(xiàn)象：BMS采集不到電流，SOC無法計算，偏差大。

　　原因：霍爾傳感器失效，充電電流大，電芯內(nèi)部發(fā)熱大，會使隔膜固化容量衰減。

　　措施：選用高質(zhì)量的霍爾傳感器，確保安裝質(zhì)量合格。

　　3.溫度檢測失效及措施

　　現(xiàn)象：電池工作使用溫度過高，易發(fā)生鼓脹、漏液，爆炸。

　　原因：溫度檢測失效。

　　措施：嚴(yán)格控制電池的工作溫度在20-45攝氏度之間，避免電池低溫充電析鋰造成的短路以及高溫?zé)崾Э亍?/p>

　　4.絕緣監(jiān)測失效及措施

　　現(xiàn)象：可能發(fā)生人員觸電。

　　原因：動力電池發(fā)生變形或漏液的情況下都會發(fā)生絕緣失效。

　　措施：對監(jiān)測的傳感器，必須要選用高質(zhì)量、高可靠的產(chǎn)品。

　　5.其他失效及措施

　?。?）SOC估算偏差大，目前的檢驗標(biāo)準(zhǔn)要求都是5%以內(nèi)，實際上難度較大。要持續(xù)提高精度。

　?。?）電磁兼容的抗電磁干擾能力不足，導(dǎo)致BMS通訊失效，如何保障到位，還有一定難度。產(chǎn)品同時要通過第三方強(qiáng)制檢測。