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

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

El estudio de los modos de fallo del sistema de baterías de iones de litio es de gran importancia para mejorar la vida útil de las baterías, la seguridad y la fiabilidad de los vehículos eléctricos y reducir sus costes de mantenimiento. 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 se compone normalmente de la célula, el sistema de gestión de la batería y el sistema del pack, incluidos los componentes funcionales, el arnés, las piezas estructurales y otros componentes relacionados. Los modos de fallo del sistema de baterías de iones de litio pueden dividirse en tres niveles diferentes: el modo de fallo de la célula, el modo de fallo del sistema de gestión de la batería y el modo de fallo de integración del sistema de la batería.

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 causada 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 se puede detener, y el seguro externo no se puede utilizar, sin duda se producirá humo o combustión.

En caso de tal situación, todo lo que podemos hacer es informar al personal a bordo para escapar en el primer momento. En cuanto al cortocircuito interno de la batería, hasta ahora, el fabricante de baterías no dispone de ningún método para descartar el 100% de las celdas que puedan tener cortocircuito interno al salir de fábrica, y sólo puede hacer suficientes pruebas en la fase 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 accidentes de vehículos eléctricos se deben a fugas en las baterías. Las causas de la fuga 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: pobre rendimiento de sellado causado por defectos de soldadura y la cantidad insuficiente de pegamento de sellado.

Tras la fuga de la batería, falla el aislamiento de todo el paquete de baterías, 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 pila de carcasa de plástico, el monómero de carcasa 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 a alta corriente provocarán la evolución del litio desde el electrodo negativo de la batería. Las baterías de litio hierro fosfato o ternarias procesadas por la mayoría de los fabricantes nacionales descompondrán el litio cuando se carguen por debajo de 0 ℃. Por encima de 0 ℃, sólo pueden cargarse con corriente pequeña según las características de la célula. Después de la precipitación de litio desde el electrodo negativo, el metal de litio no se puede reducir, 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 que se produzcan flatulencias. La razón más importante es que el gas se produce debido a reacciones secundarias dentro de la pila. La reacción secundaria 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 pila, se producirán fugas de líquido.

El fallo sin 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 que explican la escasa consistencia entre baterías, como el proceso de elaboración 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 consiste en 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 el emparejamiento. Este método tiene cierto efecto, pero no se puede curar. El problema de la falta de consistencia de la batería se producirá después de que se utilice durante un período 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 micro cortocircuito 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 ignorarse. Debido a la reacción química con las condiciones ambientales durante la carga a largo plazo, la descarga y el estante de la batería, la batería tiene un gran fenómeno de autodescarga, lo que reduce la potencia de la batería, 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 a 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 deficiente, lo que afecta al rendimiento de servicio y a la autonomía de conducción 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 ion de litio activo y de la pérdida de material activo del electrodo. La regularidad de la estructura en 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 desintercalación disminuye, con la consiguiente 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 en primer lugar del fallo de seguridad anterior y de la consistencia de la batería, y después considerar la posibilidad de ampliar la vida útil de la batería sobre esta base.

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