Studio sulle modalità di guasto del sistema di batterie agli ioni di litio di potenza (parte 1)

Studio sulle modalità di guasto del sistema di batterie agli ioni di litio di potenza (parte 1)

Lo studio delle modalità di guasto del sistema di batterie agli ioni di litio di potenza è di grande importanza per migliorare la durata della batteria, la sicurezza e l'affidabilità dei veicoli elettrici e ridurre i costi di servizio dei veicoli elettrici. Nella progettazione del sistema di batterie agli ioni di litio di potenza vengono prese in considerazione diverse modalità di guasto per migliorare la sicurezza delle batterie agli ioni di litio di potenza.

Il sistema di batterie agli ioni di litio di potenza è solitamente composto da celle, sistema di gestione della batteria e sistema di imballaggio, compresi i componenti funzionali, i cablaggi, le parti strutturali e altri componenti correlati. Le modalità di guasto del sistema di batterie agli ioni di litio possono essere suddivise in tre diversi livelli: modalità di guasto della cella, modalità di guasto del sistema di gestione della batteria e modalità di guasto dell'integrazione del sistema del pacco.

Modalità di guasto della cella

Le modalità di guasto della cella possono essere suddivise in modalità di guasto di sicurezza e modalità di guasto non di sicurezza. I seguenti punti sono importanti per il guasto di sicurezza della cella:

1.Cortocircuito tra gli elettrodi positivi e negativi all'interno della cella:

Il cortocircuito nella batteria è causato dall'interno della cella. I motivi del cortocircuito nella batteria sono molteplici e possono essere causati da difetti nel processo di lavorazione delle celle o dalla deformazione della cella causata da vibrazioni prolungate e forze esterne. Una volta che si verifica un grave cortocircuito interno, non è possibile arrestare il controllo e non è possibile utilizzare l'assicurazione esterna, e si verificheranno sicuramente fumo o combustione.

In una situazione del genere, l'unica cosa che possiamo fare è informare il personale a bordo di fuggire al primo momento. Per quanto riguarda il cortocircuito interno della batteria, finora il produttore di batterie non ha un metodo per escludere il 100% delle celle che potrebbero avere un cortocircuito interno quando escono dalla fabbrica, e può solo fare test sufficienti in una fase successiva per ridurre la probabilità di cortocircuito interno.

2.Perdita di celle:

Si tratta di una modalità di guasto molto pericolosa e poco frequente. Molti incidenti di incendio di veicoli elettrici sono causati da perdite della batteria. Le cause della perdita della batteria sono: danni causati da forze esterne; danneggiamento della struttura di tenuta a causa di collisioni e installazioni non standard; motivi di produzione: scarse prestazioni di tenuta causate da difetti di saldatura e quantità insufficiente di colla di tenuta.

Dopo la perdita della batteria, l'isolamento dell'intero pacco batterie si guasta e il guasto dell'isolamento in un singolo punto non rappresenta un grosso problema. Se si verificano due o più guasti all'isolamento, si verifica un cortocircuito esterno. In base all'uso effettivo, rispetto alle celle con involucro in plastica, il monomero con involucro in metallo è più soggetto a perdite di liquido, con conseguenti guasti all'isolamento.

3.Evoluzione del litio nell'elettrodo negativo della batteria:

L'uso improprio della batteria, il sovraccarico, la carica a bassa temperatura e la carica ad alta corrente portano all'evoluzione del litio dall'elettrodo negativo della batteria. Le batterie al litio ferro fosfato o ternarie prodotte dalla maggior parte dei produttori nazionali decompongono il litio quando la carica è inferiore a 0 ℃. Al di sopra di 0 ℃, possono essere caricate solo con una piccola corrente in base alle caratteristiche della cella. Dopo la precipitazione del litio dall'elettrodo negativo, il litio metallico non può essere ridotto, con conseguente attenuazione irreversibile della capacità della batteria. La precipitazione del litio raggiunge un certo grado di gravità, forma dendriti di litio, perfora il diaframma e produce un cortocircuito interno. Pertanto, la batteria agli ioni di litio di potenza non deve essere caricata a bassa temperatura.

4.Inflazione delle celle:

Le cause della flatulenza sono molteplici. Il motivo più importante è che il gas si forma a causa di reazioni collaterali all'interno della batteria. La reazione laterale più tipica è quella con l'acqua. La flatulenza può essere evitata controllando rigorosamente l'umidità durante la lavorazione delle celle. In caso di gonfiaggio della batteria, si verificano perdite di liquido.

Il guasto non sicuro della cella influisce solo sulle prestazioni di servizio. I seguenti punti sono importanti:

1.Scarsa consistenza della capacità:

L'incoerenza delle batterie agli ioni di litio di potenza si riferisce solitamente al fatto che la differenza di capacità residua e la differenza di tensione delle batterie in un gruppo di batterie sono troppo grandi, con conseguente deterioramento della durata della batteria. Le ragioni della scarsa coerenza tra le batterie sono molteplici, tra cui il processo di lavorazione e produzione della batteria, il tempo di stoccaggio della batteria, la differenza di temperatura durante la carica e la scarica del pacco batterie, la corrente di carica e scarica, ecc.

Attualmente, la soluzione principale consiste nel migliorare il livello di controllo del processo di lavorazione e produzione delle batterie, nel garantire il più possibile la coerenza delle batterie a partire dal livello di lavorazione e nell'utilizzare lo stesso lotto di batterie per l'abbinamento. Questo metodo ha un certo effetto, ma non può essere curato. Il problema della scarsa consistenza del pacco batterie si presenta dopo un certo periodo di utilizzo. Se non si riesce a risolverlo in tempo, il problema diventerà più grave e persino pericoloso.

2.Eccessiva autoscarica:

La reazione irreversibile causata da microcortocircuiti provocati da impurità durante la produzione delle batterie è la ragione più importante della grande autoscarica delle singole batterie. Nella maggior parte dei produttori di batterie, la micro-ora di autoscarica della batteria può essere ignorata. A causa della reazione chimica con le condizioni ambientali durante la carica, la scarica e l'accantonamento a lungo termine della batteria, quest'ultima presenta un fenomeno di autoscarica di grandi dimensioni, che riduce la potenza della batteria, le prestazioni sono basse e non possono soddisfare la domanda di utilizzo.

3.Riduzione della capacità di scarica a bassa temperatura:

Con la diminuzione della temperatura, le prestazioni a bassa temperatura dell'elettrolita sono scarse, la partecipazione alla reazione non è sufficiente e la conduttività dell'elettrolita diminuisce, con conseguente aumento della resistenza della batteria, diminuzione della piattaforma di tensione e diminuzione della capacità. Attualmente, la capacità di scarica delle batterie di vari produttori a - 20 ℃ è sostanzialmente pari al 70% - 75% della capacità nominale. A bassa temperatura, la capacità di scarica della batteria si riduce e le prestazioni di scarica sono scarse, il che influisce sulle prestazioni di servizio e sull'autonomia dei veicoli elettrici.

4.Attenuazione della capacità della batteria:

L'attenuazione della capacità della batteria deriva principalmente dalla perdita di ioni di litio attivi e dalla perdita di materiale attivo dell'elettrodo. La regolarità della struttura a strati del materiale attivo positivo diminuisce, il film di passivazione si deposita sul materiale attivo negativo, il grado di grafitizzazione diminuisce e la porosità del diaframma diminuisce, con conseguente aumento dell'impedenza di trasferimento della carica della batteria. La capacità di de intercalazione diminuisce, con conseguente perdita di capacità.

L'attenuazione della capacità della batteria è un problema insospettabile delle batterie. Tuttavia, al momento, i produttori di batterie dovrebbero innanzitutto occuparsi del precedente guasto di sicurezza e della consistenza della batteria, per poi prendere in considerazione la possibilità di estendere la durata del ciclo della batteria su questa base.

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