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【干货】BMS安全失效模式分析及技术保障措施

导读: 车载动力电池安全是当前的一个热门话题,有关新能源汽车发展的高峰论坛必有电池安全的题目。但是讨论后,给外行人的总体印象是,目前中国电动汽车是不安全的,与讨论的初衷是相反的,于是出现了,网上有人发文“中国电动汽车是垃圾”。

  安全是红线,质量是底线。没有安全,就不用讨论质量的好坏了。好质量的产品,安全性一定是高的。但是安全性高的产品,不一定是高质量的产品。车载动力电池安全是当前的一个热门话题,有关新能源汽车发展的高峰论坛必有电池安全的题目。但是讨论后,给外行人的总体印象是,目前中国电动汽车是不安全的,与讨论的初衷是相反的,于是出现了,网上有人发文“中国电动汽车是垃圾”。好在这些讨论的实际意义主要是正面的,并没有导致电动汽车市场的恐慌。笔者对这些讨论进行梳理,走访了一些动力电池厂家,对我国车载动力电池安全技术及安全措施进行了研究,有了一定的体会,供大家参考。

  一、电芯安全失效模式分析及技术保障措施

  1.电芯内部正负极短路,生产设备保障能力是关键

  (1)直接原因:电芯生产过程中有缺陷导致或因为长期振动外力使电芯变形所致。

  (2)失效分析:生产过程中电芯内部正负极短路缺陷的剔除,是由生产线有关设备来保证的,如果设备保证不了,会出现批量产品质量问题。这对电池生产厂家而言是基本要求。我国已经对动力电池厂家实施了目录管理,基本可以保证合规的电池厂家不会出现批量产品质量问题。

  (3)安全技术措施:将不合格的(电芯内部正负极短路)电芯筛选出来,其目标值是大于99.999%的。

  (4)危险度:一旦发生严重内短路,无法阻止控制,外部保险不起作用,肯定会发生冒烟或燃烧。但是在电池生产厂家有充足保障能力下,发生的概率是很低的,即使发生了,整车生产厂家,自动灭火装置一定要发挥保障作用的。

  2.电池单体漏液,执行工艺纪律到位是关键

  (1)直接原因:外力损伤;碰撞、安装不规范造成密封结构被破坏;焊接缺陷、封合胶量不足造成密封性能不好等。

  (2)失效分析:与软包和塑壳电芯相比,金属壳单体更容易发生漏液情况,导致绝缘失效。电池漏液后整个电池包的绝缘失效,单点绝缘失效问题不大,如果有两点或以上绝缘失效会发生外短路。

  (3)安全技术措施:严格工艺纪律,提高生产自动化水平。

  (4)危险度:非常危险;电池漏液造成车着火事故的概率比电芯内部正负极短路概率要大几个数量级,这种外短路,外部保险要发挥作用的。

  3.电芯胀气鼓胀,生产现场环境(空气)指标达标是关键

  (1)直接原因:主要是因为电池内部发生副反应产生气体,最为典型的是与水发生副反应。

  (2)失效分析:生产线环境偏离规定要求。

  (3)安全技术措施:在电芯生产过程严格控制水分,即可避免。

  (4)危险度:一旦发生电池胀气就会发生漏液等情况。这是产品生产质量中较为严重的质量问题,制定预防措施即可,同时严禁不合格的产品出厂。

  4.容量一致性差,自动化生产线是关键

  (1)直接原因:电池生产制造工艺技术能力不足,电池的存放时间长短,电池组充放电期间的的温度差异,充放电电流大小等。

  (2)失效分析:一致性有具体技术指标,一旦低于指标规定,表明生产线质量保障体系问题严重,必须要进行改进措施,提高产品容量一致性是一个持续提高的过程。

  (3)安全技术措施:加强过程管理、评审的措施,持续提高企业质量管理体系的能力。

  (4)危险度:危险不会立刻发生。容量一致性差,厂家要及时进行质量改进,同时严禁不合格的产品出厂。

  二、电池管理系统(BMS)安全失效模式分析及技术保障措施

  1.电压检测线失效及措施

  (1)现象:电池过充,导致着火、爆炸;磷酸铁锂过充至5V以上大部分会冒烟,而三元电池一旦过充,会发生爆炸。

  (2)原因:BMS电压(连接、压线过程或接触不良)电压检测线失效,导致电池过充电或过放电,充电或过放电造成。

  a)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;

  b)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;

  c)电池电压过低造成电解液分解,干涸发生析锂,引起电池内短路。

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