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Estudio del modo de fallo del sistema de baterías de iones de litio（Parte 1）

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Estudio del modo de fallo del sistema de baterías de iones de litio（Parte 1）

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Este artículo descompone el estudio del modo de fallo del sistema de baterías de iones de litio para mejorar la vida útil de la batería, la seguridad y la fiabilidad de los vehículos eléctricos y reducir el coste de servicio de los mismos. En el diseño del sistema de baterías de iones de litio se tienen en cuenta varios modos de fallo para mejorar la seguridad de las baterías de iones de litio.

El sistema de baterías de iones de litio de potencia suele estar compuesto por la célula, el sistema de gestión de la batería y el sistema del pack, incluyendo componentes funcionales, arneses, piezas estructurales y otros componentes relacionados. Los modos de fallo del sistema de baterías de iones de litio de potencia pueden dividirse en tres niveles diferentes, a saber, el modo de fallo de la célula, el modo de fallo del sistema de gestión de la batería y el modo de fallo de la integración del sistema del pack.

Modo de fallo de la célula

Los modos de fallo de la célula pueden dividirse en modo de fallo de seguridad y modo de fallo sin seguridad. Los siguientes puntos son importantes para el fallo de seguridad de la célula:

1.Cortocircuito entre los electrodos positivo y negativo dentro de la célula:

El cortocircuito en la batería se produce en el interior de la célula. Hay muchas razones para el cortocircuito en la batería, que puede ser causado por defectos en el proceso de procesamiento de la célula o por la deformación de la célula causada por la vibración a largo plazo y la fuerza externa. Una vez que se produce un cortocircuito interno grave, el control no puede detenerse, y el seguro externo no puede utilizarse, seguramente se producirá humo o combustión.

En caso de tal situación, lo único que podemos hacer es informar al personal a bordo para que escape en el primer momento. En cuanto al cortocircuito interno de la batería, hasta ahora, el fabricante de baterías no tiene ningún método para descartar el 100% de las celdas que pueden tener cortocircuito interno al salir de la fábrica, y sólo puede hacer suficientes pruebas en la etapa posterior para reducir la probabilidad de cortocircuito interno.

2.Fuga de celdas:

Se trata de un modo de fallo muy peligroso y poco frecuente. Muchos de los accidentes por incendio en vehículos eléctricos se deben a fugas en las baterías. Las causas de las fugas de la batería son: daños por fuerza externa; La estructura de sellado está dañada debido a la colisión y la instalación no estándar; Razones de fabricación: mal rendimiento de sellado causado por defectos de soldadura y cantidad insuficiente de pegamento de sellado.

Después de la fuga de la batería, el aislamiento de todo el paquete de baterías falla, y el fallo de aislamiento de un solo punto no es un gran problema. Si hay dos o más fallos de aislamiento, se producirá un cortocircuito externo. Desde el punto de vista del uso real, en comparación con la célula de caja de plástico, el monómero de caja metálica es más propenso a las fugas de líquido, lo que provoca fallos de aislamiento.

3.Evolución del litio del electrodo negativo de la batería:

El uso inadecuado de la batería, la sobrecarga, la carga a baja temperatura y la carga de alta corriente conducirán a la evolución del litio desde el electrodo negativo de la batería. Las baterías de fosfato de hierro y litio o ternarias procesadas por la mayoría de los fabricantes nacionales descomponen el litio cuando se cargan por debajo de 0 ℃. Por encima de 0 ℃, sólo pueden cargarse con una corriente pequeña de acuerdo con las características de la célula. Después de la precipitación de litio desde el electrodo negativo, el metal de litio no puede reducirse, lo que resulta en la atenuación irreversible de la capacidad de la batería. La precipitación de litio alcanza un cierto grado de gravedad, forma dendritas de litio, perfora el diafragma y produce un cortocircuito interno. Por lo tanto, la batería de iones de litio de potencia no debe cargarse a baja temperatura.

4.Inflado de la célula:

Hay muchas razones para la flatulencia. La razón más importante es que el gas se produce debido a reacciones secundarias dentro de la batería. La reacción lateral más típica es con el agua. La flatulencia puede evitarse controlando estrictamente la humedad durante el procesamiento de las pilas. En caso de inflado de la batería, se producirán fugas de líquido.

El fallo de seguridad de la célula sólo afecta al rendimiento de servicio. Los siguientes puntos son importantes:

1.Poca consistencia de la capacidad:

La inconsistencia de las baterías de iones de litio de potencia suele referirse a que la diferencia de capacidad residual y la diferencia de tensión de las baterías de un grupo de baterías son demasiado grandes, lo que provoca el deterioro de la resistencia de la batería. Hay muchas razones para la mala consistencia entre las baterías, incluyendo el proceso de procesamiento y fabricación de la batería, el tiempo de almacenamiento de la batería, la diferencia de temperatura durante la carga y descarga del grupo de baterías, la corriente de carga y descarga, etc.

En la actualidad, la solución clave es mejorar el nivel de control del proceso de procesamiento y fabricación de las baterías, garantizar la consistencia de las baterías en la medida de lo posible desde el nivel de procesamiento, y utilizar el mismo lote de baterías para la correspondencia. Este método tiene un cierto efecto, pero no se puede curar. El problema de la falta de consistencia del pack de baterías se producirá después de que se utilice durante un periodo de tiempo. Después de la inconsistencia del paquete de baterías, si no se puede resolver a tiempo, el problema se hará más grave e incluso peligroso.

2.Autodescarga excesiva:

La reacción irreversible causada por el microcortocircuito provocado por las impurezas durante la fabricación de la batería es la razón más importante de la gran autodescarga de las baterías individuales. En la mayoría de los fabricantes de baterías, la micro hora de autodescarga de la batería puede ser ignorada. Debido a la reacción química con las condiciones ambientales durante la carga, descarga y estanqueidad de la batería a largo plazo, la batería tiene un gran fenómeno de autodescarga, lo que reduce la potencia de la batería, el bajo rendimiento y no puede satisfacer la demanda de uso.

3.Reducción de la capacidad de descarga a baja temperatura:

Con la disminución de la temperatura, el rendimiento de baja temperatura del electrolito es pobre, la participación en la reacción no es suficiente, y la conductividad del electrolito disminuye, lo que resulta en el aumento de la resistencia de la batería, la disminución de la plataforma de tensión y la disminución de la capacidad. En la actualidad, la capacidad de descarga de las baterías de diversos fabricantes a - 20 ℃ es básicamente del 70% ~ 75% de la capacidad nominal. A baja temperatura, la capacidad de descarga de la batería se reduce y el rendimiento de descarga es pobre, lo que afecta al rendimiento de servicio y a la autonomía de los vehículos eléctricos.

4.Atenuación de la capacidad de la batería:

La atenuación de la capacidad de la batería procede principalmente de la pérdida de iones de litio activos y de la pérdida de material activo del electrodo. La regularidad de la estructura de capas del material activo positivo disminuye, la película de pasivación se deposita sobre el material activo negativo, el grado de grafitización disminuye y la porosidad del diafragma disminuye, lo que provoca el aumento de la impedancia de transferencia de carga de la batería. La capacidad de intercalación disminuye, lo que provoca la pérdida de capacidad.

La atenuación de la capacidad de la batería es un problema insospechado de las baterías. Sin embargo, en la actualidad, los fabricantes de baterías deberían ocuparse primero del fallo de seguridad anterior y de la consistencia de la batería, y luego considerar la posibilidad de ampliar la vida útil de la batería sobre esta base.

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