Die Untersuchung der Fehlermodi von Energiebatteriesystemen ist von entscheidender Bedeutung, um die Batterielebensdauer, die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Elektrofahrzeugen zu verbessern und die Kosten von Elektrofahrzeugen zu senken. Dieser Artikel analysiert die Fehlermöglichkeiten und Folgen der externen Leistung des Power-Batterie-Systems und schlägt entsprechende Behandlungsmaßnahmen vor. Bei der Auslegung des Leistungsbatteriesystems werden verschiedene Fehlermodi berücksichtigt, um die Sicherheit der Leistungsbatterie zu verbessern.

Das Leistungsbatteriesystem besteht normalerweise aus Batterien, Batteriemanagementsystemen, Packsystemen einschließlich Funktionskomponenten, Kabelbäumen, Strukturteilen und anderen verwandten Komponenten. Die Fehlermodi des Leistungsbatteriesystems können in drei verschiedene Niveaus von Fehlermodi unterteilt werden, nämlich Batteriezellenfehlermodus, Batteriemanagementsystemfehlermodus und Packsystemintegrationsfehlermodus.

Erstens, Batterieausfallmodus
Die Fehlermodi von Batterien können weiter in Sicherheitsfehlermodi und nicht sichere Fehlermodi unterteilt werden. Die wichtigsten Sicherheitsmängel der Batterie sind wie folgt:

1. TDer Plus- und Minuspol der Batterie sind kurzgeschlossen:
Der interne Kurzschluss der Batterie wird durch das Innere der Batteriezelle verursacht. Es gibt viele Gründe für den internen Kurzschluss der Batterie. Dies kann durch Fehler im Produktionsprozess der Batteriezelle oder die Verformung der Batteriezelle aufgrund von Langzeitvibrationen und äußerer Krafteinwirkung verursacht werden. Sobald ein schwerer interner Kurzschluss auftritt, kann die Kontrolle nicht verhindert werden und die externe Versicherung funktioniert nicht und es kommt definitiv zu Rauch oder Verbrennungen.

Wenn wir auf diese Situation stoßen, können wir nur die Personen im Fahrzeug zur Flucht benachrichtigen. Bezüglich der internen Kurzschlussproblematik der Batterie ist es dem Batteriehersteller bisher nicht gelungen, 100% der Zellen auszusortieren, die wahrscheinlich einen internen Kurzschluss im Werk haben. Sie können erst im späteren Stadium einen ausreichenden Test durchführen, um die Wahrscheinlichkeit eines internen Kurzschlusses zu verringern.

2. Auslaufen der Batteriezelle:
Dies ist sehr gefährlich und ein sehr häufiger Fehlermodus. Viele Unfälle mit Elektrofahrzeugen werden durch auslaufende Batterien verursacht. Die Gründe für das Auslaufen der Batterie sind: Schäden durch äußere Krafteinwirkung; Kollision, unsachgemäße Installation und Beschädigung der Dichtungsstruktur; Fertigungsgründe: Schweißfehler, unzureichender Dichtkleber und schlechte Dichtleistung.
Nachdem die Batterie ausgelaufen ist, versagt die Isolierung des gesamten Batteriesatzes, und das Problem des Einzelpunktisolierungsfehlers ist nicht groß. Bei zwei oder mehr Isolationsfehlern kommt es zu einem externen Kurzschluss. Aus Sicht der praktischen Anwendung sind Softpack- und Kunststoffgehäuse-Batterien anfälliger für Leckagen und führen zu Isolationsfehlern als Metallgehäuse-Einzelzellen.

3. Lithiumniederschlag in der negativen Elektrode der Batterie:
Unsachgemäßer Gebrauch des Akkus, Überladen, Laden bei niedriger Temperatur und Laden mit hohem Strom führen zu einem Abbau von Lithium an der negativen Elektrode des Akkus. Lithium-Eisenphosphat- oder ternäre Batterien, die von den meisten inländischen Herstellern hergestellt werden, unterliegen beim Laden unter 0 Grad Celsius einer Lithiumentwicklung. Oberhalb von 0 Grad Celsius können sie entsprechend den Eigenschaften des Akkus nur mit geringem Strom geladen werden. Nach dem Auftreten von Lithiumausfällungen in der negativen Elektrode kann das Lithiummetall nicht reduziert werden, was zu einer irreversiblen Verschlechterung der Batteriekapazität führt. Die Lithiumentwicklung erreicht einen gewissen Schweregrad, bildet Lithiumdendriten, durchdringt das Zwerchfell und verursacht einen internen Kurzschluss. Daher sollte der Power-Akku während des Gebrauchs nicht bei niedrigen Temperaturen geladen werden.

4. Blähungen und Schwellungen der Batteriezelle:
Es gibt viele Gründe für Blähungen, hauptsächlich aufgrund der Nebenreaktion im Inneren der Batterie, um Gas zu erzeugen, der typischste ist die Nebenreaktion mit Wasser. Das Problem der Blähungen kann vermieden werden, indem die Feuchtigkeit im Produktionsprozess der Batterie streng kontrolliert wird. Sobald die Batterie aufgebläht ist, tritt Flüssigkeit aus.

Die oben genannten Fehlermodi sind sehr ernste Probleme und können zu Unfällen führen. Auch wenn eine Batteriezelle ein oder zwei Jahre ohne Probleme verwendet wird, bedeutet dies nicht, dass die Batteriezelle in Zukunft keine Probleme haben wird. Je länger die Batterie verwendet wird, desto größer ist das Risiko eines Batterieausfalls.

Der nicht sicherheitsrelevante Ausfall der Batteriezelle wirkt sich nur auf die Leistung aus, hauptsächlich wie folgt:

1. Schlechte Kapazitätskonsistenz:
Die Inkonsistenz der Leistungsbatterie bezieht sich normalerweise auf die übermäßige Differenz der verbleibenden Kapazität und Spannung der Batterie in einer Gruppe von Batterien, die zu einer Verschlechterung der Batterielebensdauer führt. Es gibt viele Gründe für die schlechte Konsistenz zwischen Batterien, einschließlich des Herstellungsprozesses der Batterie, der Lagerzeit der Batterie, der Temperaturdifferenz während des Ladens und Entladens des Batteriepacks und der Größe des Lade- und Entladestroms.
Die aktuelle Lösung besteht hauptsächlich darin, das Kontrollniveau des Batterieproduktions- und Herstellungsprozesses zu verbessern, die Konsistenz der Batterie ab dem Produktionsdurchgang so weit wie möglich sicherzustellen und die gleiche Batteriecharge für die Montage zu verwenden. Diese Methode hat eine gewisse Wirkung, die jedoch nicht geheilt werden kann. Das Problem der schlechten Konsistenz des Akkus wird nach einer gewissen Nutzungsdauer auftreten. Wenn die Inkonsistenz des Akkus auftritt und nicht rechtzeitig behoben werden kann, wird das Problem ernster und sogar gefährlicher.

2. Übermäßige Selbstentladung:
Die irreversible Reaktion durch den Mikrokurzschluss durch Verunreinigungen bei der Batterieherstellung ist der Hauptgrund für die übermäßige Selbstentladung einzelner Batterien. Bei den meisten Batterieherstellern kann die Selbstentladung der Batterie in Mikrostunden vernachlässigt werden. Da der Akku über einen langen Zeitraum geladen und entladen und gelagert wird, kommt es zu einer chemischen Reaktion mit den Umgebungsbedingungen, die dazu führt, dass sich der Akku selbst entlädt, was die Akkuleistung und -leistung verringert Niedrig, nicht in der Lage, die Nutzungsanforderungen zu erfüllen .

3. Reduzierte Tieftemperatur-Entladekapazität:
Wenn die Temperatur abnimmt, ist die Niedertemperaturleistung des Elektrolyten nicht gut und die Reaktion ist nicht ausreichend. Die Leitfähigkeit des Elektrolyten nimmt ab, was zu einer Erhöhung des Batteriewiderstands, einer Abnahme des Spannungsplateaus und einer Abnahme der Kapazität führt. Derzeit beträgt die Entladekapazität von Batterien verschiedener Hersteller bei -20 Grad grundsätzlich 70% to 75% der Nennkapazität. Bei niedrigen Temperaturen sinkt die Entladekapazität der Batterie und die Entladeleistung ist schlecht, was sich auf die Leistung und Reichweite von Elektrofahrzeugen auswirkt.

4. AAbschwächung der Batteriekapazität:
Die Abschwächung der Batterieakkommodation kommt hauptsächlich aus dem Verlust aktiver Lithiumionen und dem Verlust von Elektrodenaktivmaterialien. Die Regelmäßigkeit der Schichtstruktur des Aktivmaterials der positiven Elektrode wird verringert, und der Passivierungsfilm wird auf dem Aktivmaterial der negativen Elektrode abgeschieden, der Graphitisierungsgrad wird verringert und die Porosität des Separators wird verringert, was zu einer Erhöhung der Ladungsübertragungsimpedanz der Batterie. Die Fähigkeit zur Deinterkalation von Lithium wird verringert, was zu einem Kapazitätsverlust führt.

Die Verschlechterung der Batteriekapazität ist ein unvermeidliches Problem für Batterien. Derzeit sollten Batteriehersteller jedoch zunächst die bisherigen Sicherheitsfehlerprobleme und Batteriekonsistenzprobleme lösen und dann auf dieser Grundlage eine Verlängerung der Zyklenlebensdauer der Batterie in Betracht ziehen.

Zweitens, BMS-Fehlermodus
Der Zellausfall der Batterie hängt nicht nur mit der Batterie selbst zusammen, sondern auch mit dem Ausfall des Batteriemanagementsystems BMS. BMS-Fehlermodi können auch schwere Unfälle in den folgenden Kategorien verursachen:

1. Ein Fehler bei der BMS-Spannungserkennung führt zu einer Überladung oder Tiefentladung der Batterie:
Die Verbindung, der Crimpvorgang oder ein schlechter Kontakt führen zum Ausfall der Spannungserkennungsleitung, das BMS hat keine Spannungsinformationen und stoppt nicht, wenn es während des Ladevorgangs stoppen sollte. Die Batterie fängt Feuer und explodiert, wenn sie überladen wird. Die Überladung von Lithium-Eisenphosphat über 5V ist meist nur Rauch, aber sobald die ternäre Batterie überladen ist, wird sie explodieren.
Darüber hinaus kann eine Überladung leicht dazu führen, dass sich der Elektrolyt in der Lithium-Ionen-Batterie zersetzt und Gas freisetzt, was dazu führen kann, dass die Batterie anschwillt oder in schweren Fällen sogar raucht oder Feuer fängt; eine übermäßige Entladung der Batterie kann die molekulare Struktur des positiven Elektrodenmaterials der Batterie beschädigen, was dazu führt, dass die Batterie nicht geladen wird; Gleichzeitig ist die Batteriespannung zu niedrig, um zu bewirken, dass sich der Elektrolyt zersetzt, austrocknet und Lithium freisetzt und zum Batteriekurzschlussproblem zurückkehrt. Zuverlässige Spannungssammelleitungen sollten bei der Konstruktion des Systems ausgewählt und während des Produktionsprozesses streng kontrolliert werden, um den Ausfall der Spannungssammelleitungen zu verhindern.

2. BMS-Stromerkennung schlägt fehl
Der Hall-Sensor fällt aus, das BMS kann keinen Strom aufnehmen, der SOC kann nicht berechnet werden und die Abweichung ist groß. Wenn die Stromerkennung fehlschlägt, kann es zu einem übermäßigen Ladestrom kommen. Der Ladestrom ist groß, die interne Erwärmung der Batterie ist groß und die Temperatur überschreitet eine bestimmte Temperatur, was die Härtungskapazität der Membran verringert und die Lebensdauer der Batterie ernsthaft beeinträchtigt.

3. BMS-Temperaturerkennung schlägt fehl
Der Ausfall der Temperaturerfassung führt zu einer zu hohen Betriebstemperatur des Akkus und irreversibler Reaktion des Akkus, was einen großen Einfluss auf die Akkukapazität und den Innenwiderstand hat. Die kalendarische Lebensdauer der Batteriezelle hängt direkt von der Temperatur ab. Die Anzahl der Zyklen bei 45 Grad ist halb so groß wie bei 25 Grad. Darüber hinaus neigt die Batterie bei zu hohen Temperaturen zu Schwellungen, Auslaufen, Explosionen und anderen Problemen. Daher muss die Batterietemperatur während der Verwendung der Batterie streng kontrolliert werden. Zwischen 20-45 Grad Celsius kann es nicht nur die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Batterie effektiv verbessern, sondern auch den Kurzschluss, der durch das Aufladen der Batterie bei niedrigen Temperaturen und die Lithiumentwicklung und das thermische Durchgehen bei hohen Temperaturen verursacht wird, effektiv vermeiden.

4. Isolationsüberwachungsfehler:
Ein Isolationsfehler tritt auf, wenn das Leistungsbatteriesystem verformt oder undicht ist. Wenn das BMS nicht erkannt wird, kann es zu einem Stromschlag kommen. Daher sollte das BMS-System die höchsten Anforderungen an die Überwachungssensoren stellen, und die Vermeidung des Ausfalls des Überwachungssystems kann die Sicherheit der Leistungsbatterie erheblich verbessern.

5. Kommunikationsfehler bei Problemen mit der elektromagnetischen Verträglichkeit:
Für das BMS-System bewertet die elektromagnetische Verträglichkeit hauptsächlich seine Fähigkeit, elektromagnetischen Störungen zu widerstehen. Elektromagnetische Interferenzen führen dazu, dass die BMS-Kommunikation fehlschlägt und die oben genannten Probleme verursachen.

6. Große Abweichung der SOC-Schätzung:
Das gemeinsame Problem aller BMS-Hersteller ist derzeit der Unterschied in der Abweichungsgröße. Grundsätzlich liegen die Anforderungen der aktuellen Inspektionsnorm unter 5%, a. Die meisten BMS der Hersteller sollten schwer zu erreichen sein, da der SOC-Fehler im tatsächlichen Gebrauch immer größer wird, weil die Anwendungsumgebung komplizierter ist und es mehr Bedingungen gibt, die die Genauigkeit beeinflussen .

Drei, Fehlermodus der Paketsystemintegration
1. Ausfall der Sammelschiene:
Handelt es sich um eine Schraubverbindung, oxidiert die Schraube im späteren Gebrauch und fällt ab oder durch die Vibrationen löst sich die Schraube, was an der Leiterverbindung viel Hitze und im Extremfall die Kraft verursacht Batterie, um Feuer zu fangen. Daher verwenden die meisten Hersteller von Leistungsbatteriesystemen beim Design des Packs Laserschweißen an der Zell- und Zellverbindung oder Modul- und Modulverbindung oder fügen einen Temperatursensor an der Verbindung hinzu, um den Ausfall der Stromschiene durch Detektion zu vermeiden.

2. TDer Hauptstromkreisstecker des Power Battery Systems fällt aus:
Die Hochvoltleitung des Power Battery Systems ist über einen Stecker mit dem externen Hochvoltsystem verbunden. Die Leistung des Steckverbinders ist unzuverlässig, und die virtuelle Verbindung tritt unter Vibrationen auf, was zu einer Ablation des Steckverbinders bei hoher Temperatur führt. Im Allgemeinen tritt der Verbindungsfehler auf, wenn die Temperatur des Steckers 90 Grad überschreitet. Daher muss der Steckverbinder im Systemdesign eine Hochspannungsverriegelungsfunktion oder einen Temperatursensor zum Steckverbinder hinzufügen und die Temperatur des Steckverbinders jederzeit überwachen, um einen Ausfall des Steckverbinders zu verhindern.

3. Klebrigkeit des Hochspannungsschützes:
Das Schütz hat eine bestimmte Anzahl von Lastabschaltungen, und die meisten Schütze werden abgebaut, wenn die Hochstromlast geschlossen wird. Beim Systemdesign wird im Allgemeinen ein Doppelrelaisschema verwendet, und die Steuerung wird nacheinander geschlossen, um ein Festklemmen des Hochspannungsschützes zu vermeiden.

4. The Sicherung Überstromschutz fällt aus:
Die Auswahl und Abstimmung der Sicherung in den Hochvolt-Systemkomponenten, der Gradient, der zuerst bricht und dann bricht, muss umfassend betrachtet werden. Vibrationen oder externe Stöße und Extrusion führen zu einer Verformung des Akkus, einem Versagen der Dichtung und einer niedrigeren IP-Einstufung. Daher muss der Kollisionsschutz der Batteriekastenstruktur bei der Systemauslegung berücksichtigt werden.

Entsprechend den oben genannten verschiedenen Ausfallmodi des Power-Batterie-Systems müssen Forscher und Batteriehersteller die Sicherheit von Lithium-Batteriezellen durch kontinuierliche Verbesserung von Prozessen und Technologien verbessern. Hersteller von BMS-Systemen müssen die Leistung der Batterie vollständig verstehen, basierend auf den Sicherheitsprinzipien von Leistungsbatterien. Benutzer sollten das Leistungsbatteriesystem korrekt verwenden, mechanischen Missbrauch, Wärmemissbrauch und Strommissbrauch verhindern und die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Elektrofahrzeugen effektiv verbessern.