BMS及動力電池電芯失效分析

　　什么是電池管理系統（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。電池的性能是很復雜的，不同類型的電池特性亦相差很大。 電池管理系統（BMS）主要就是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監控電池的狀態。隨著電池管理系統的發展，也會增添其他的功能。 一般而言電動汽車電池管理系統要實現以下幾個功能：首先，準確估測動力電池組的荷電狀態，即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內，防止由于過充電或過放電對電池的損傷，從而隨時預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。 其次，動態監測動力電池組的工作狀態。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，防止電池發生過充電或過放電現象。 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，為進一步優化和開發新型電、充電器、電動機等提供資料，為離線分析系統故障提供依據。 最后，實現單體電池間的均衡，即為單體電池均衡充電，使電池組中各個電池都達到均衡一致的狀態。均衡技術是目前世界正在致力研究與開發的一項電池能量管理系統的關鍵技術。

　　電芯安全失效分析及技術保障措施

　　1.電芯內部正負極短路，生產設備保障能力是關鍵

　　直接原因：電芯生產過程中有缺陷導致或因為長期振動外力使電芯變形所致。

　　失效分析：生產過程中電芯內部正負極短路缺陷的剔除，是由生產線有關設備來保證的，如果設備保證不了，會出現批量產品質量問題。這對電池生產廠家而言是基本要求。我國已經對動力電池廠家實施了目錄管理，基本可以保證合規的電池廠家不會出現批量產品質量問題。

　　安全技術措施：將不合格的（電芯內部正負極短路）電芯篩選出來，其目標值是大于99.999%的。

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

　　2.電池單體漏液，執行工藝紀律到位是關鍵

　　直接原因：外力損傷；碰撞、安裝不規范造成密封結構被破壞；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生漏液情況，導致絕緣失效。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生外短路。

　　安全技術措施：嚴格工藝紀律，提高生產自動化水平。

　　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部正負極短路概率要大幾個數量級，這種外短路，外部保險要發揮作用的。

　　3.電芯脹氣鼓脹，生產現場環境（空氣）指標達標是關鍵

　　直接原因：主要是因為電池內部發生副反應產生氣體，最為典型的是與水發生副反應。

　　失效分析：生產線環境偏離規定要求。

　　安全技術措施：在電芯生產過程嚴格控制水分，即可避免。

　　危險度：一旦發生電池脹氣就會發生漏液等情況。這是產品生產質量中較為嚴重的質量問題，制定預防措施即可，同時嚴禁不合格的產品出廠。

　　4.容量一致性差，自動化生產線是關鍵

　　直接原因：電池生產制造工藝技術能力不足，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：一致性有具體技術指標，一旦低于指標規定，表明生產線質量保障體系問題嚴重，必須要進行改進措施，提高產品容量一致性是一個持續提高的過程。

　　安全技術措施：加強過程管理、評審的措施，持續提高企業質量管理體系的能力。

　　危險度：危險不會立刻發生。容量一致性差，廠家要及時進行質量改進，同時嚴禁不合格的產品出廠。

　　電池管理系統（BMS）安全失效模式分析及技術保障措施

　　1.電壓檢測線失效及措施

　　現象：電池過充，導致著火、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，從而導致電池鼓脹，嚴重的話甚至會冒煙起火；

　　b）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；

　　c）電池電壓過低造成電解液分解，干涸發生析鋰，引起電池內短路。

　　措施：技術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，責任落實到人。

　　2.電流檢測失效及措施

　　現象：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，電芯內部發熱大，會使隔膜固化容量衰減。

　　措施：選用高質量的霍爾傳感器，確保安裝質量合格。

　　3.溫度檢測失效及措施

　　現象：電池工作使用溫度過高，易發生鼓脹、漏液，爆炸。

　　原因：溫度檢測失效。

　　措施：嚴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熱失控。

　　4.絕緣監測失效及措施

　　現象：可能發生人員觸電。

　　原因：動力電池發生變形或漏液的情況下都會發生絕緣失效。

　　措施：對監測的傳感器，必須要選用高質量、高可靠的產品。

　　5.其他失效及措施

　　（1）SOC估算偏差大，目前的檢驗標準要求都是5%以內，實際上難度較大。要持續提高精度。

　　（2）電磁兼容的抗電磁干擾能力不足，導致BMS通訊失效，如何保障到位，還有一定難度。產品同時要通過第三方強制檢測。