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Étude du mode de défaillance d'un système de batterie lithium-ion de puissance（Partie 1）

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Étude du mode de défaillance d'un système de batterie lithium-ion de puissance（Partie 1）

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L'étude des modes de défaillance des systèmes de batteries lithium-ion est d'une grande importance pour améliorer la durée de vie des batteries, la sécurité et la fiabilité des véhicules électriques et réduire le coût d'entretien de ces derniers. Divers modes de défaillance sont pris en compte dans la conception du système de batterie au lithium-ion afin d'améliorer la sécurité de la batterie au lithium-ion.

Le système de batterie au lithium-ion est généralement composé d'une cellule, d'un système de gestion de la batterie et d'un système de pack, comprenant des composants fonctionnels, un harnais, des pièces structurelles et d'autres composants connexes. Les modes de défaillance des systèmes de batteries au lithium-ion peuvent être divisés en trois niveaux différents, à savoir le mode de défaillance des cellules, le mode de défaillance du système de gestion de la batterie et le mode de défaillance de l'intégration du système d'emballage.

Mode de défaillance des cellules

Les modes de défaillance de la cellule peuvent être divisés en mode de défaillance de sécurité et en mode de défaillance sans sécurité. Les points suivants sont importants pour la défaillance de sécurité de la cellule :

1.Court-circuit entre les électrodes positive et négative à l'intérieur de la cellule :

Le court-circuit dans la batterie est causé par l'intérieur de la cellule. Il existe de nombreuses raisons pour le court-circuit dans la batterie, qui peuvent être causées par des défauts dans le processus de traitement de la cellule ou par la déformation de la cellule causée par des vibrations à long terme et une force externe. Lorsqu'un court-circuit interne grave se produit, la commande ne peut pas être arrêtée et l'assurance externe ne peut pas être utilisée, de la fumée ou une combustion se produira certainement.

Dans le cas d'une telle situation, tout ce que nous pouvons faire est d'informer le personnel à bord de s'échapper au premier moment. En ce qui concerne le court-circuit interne de la batterie, jusqu'à présent, le fabricant de la batterie n'a pas de méthode pour éliminer 100% des cellules qui peuvent avoir un court-circuit interne à la sortie de l'usine, et ne peut faire que des tests suffisants dans la phase ultérieure pour réduire la probabilité de court-circuit interne.

2.Fuite de cellule :

Il s'agit d'un mode de défaillance très dangereux et peu fréquent. De nombreux incendies de véhicules électriques sont dus à des fuites de batterie. Les causes de la fuite de la batterie sont les suivantes : dommages causés par une force extérieure ; la structure d'étanchéité est endommagée en raison d'une collision et d'une installation non standard ; raisons de fabrication : mauvaises performances d'étanchéité dues à des défauts de soudage et à une quantité insuffisante de colle d'étanchéité.

Après une fuite de la batterie, l'isolation de l'ensemble de la batterie est défaillante, et une défaillance unique de l'isolation n'est pas un gros problème. S'il y a deux ou plusieurs défauts d'isolation, un court-circuit externe se produira. D'après l'utilisation réelle, par rapport à la cellule à boîtier plastique, le boîtier métallique monomère est plus enclin aux fuites de liquide, ce qui entraîne un défaut d'isolation.

3.Évolution du lithium de l'électrode négative de la batterie :

Une mauvaise utilisation de la batterie, une surcharge, une charge à basse température et une charge à courant élevé entraîneront un dégagement de lithium de l'électrode négative de la batterie. Les batteries au phosphate de fer lithié ou ternaire traitées par la plupart des fabricants nationaux décomposent le lithium lorsqu'elles sont chargées en dessous de 0 ℃. Au-dessus de 0 ℃, elles ne peuvent être chargées qu'avec un faible courant en fonction des caractéristiques de la cellule. Après la précipitation du lithium de l'électrode négative, le lithium métallique ne peut pas être réduit, ce qui entraîne une atténuation irréversible de la capacité de la batterie. La précipitation de lithium atteint un certain degré de gravité, forme des dendrites de lithium, perce le diaphragme et produit un court-circuit interne. Par conséquent, la batterie lithium-ion de puissance ne doit pas être chargée à basse température.

4.Gonflement des cellules :

Les flatulences ont de nombreuses raisons. La raison la plus importante est que le gaz se produit en raison de réactions secondaires à l'intérieur de la batterie. La réaction secondaire la plus typique est celle avec l'eau. Les flatulences peuvent être évitées en contrôlant strictement l'humidité pendant le traitement des cellules. En cas de gonflage de la batterie, une fuite de liquide se produira.

Le défaut de sécurité de la cellule n'affecte que les performances de service. Les points suivants sont importants :

1.Mauvaise constance de la capacité :

L'incohérence des batteries lithium-ion de puissance fait généralement référence au fait que la différence de capacité résiduelle et la différence de tension des batteries dans un groupe de batteries sont trop importantes, ce qui entraîne la détérioration de l'endurance des batteries. Il existe de nombreuses raisons à la mauvaise cohérence entre les batteries, notamment le processus de traitement et de fabrication de la batterie, le temps de stockage de la batterie, la différence de température pendant la charge et la décharge du groupe de batteries, le courant de charge et de décharge, etc.

À l'heure actuelle, la principale solution consiste à améliorer le niveau de contrôle du processus de traitement et de fabrication des batteries, à assurer la cohérence des batteries autant que possible à partir du niveau de traitement et à utiliser le même lot de batteries pour l'appariement. Cette méthode a un certain effet, mais elle ne peut pas être guérie. Le problème de la mauvaise cohérence du bloc-piles survient après une certaine période d'utilisation. S'il ne peut pas être résolu à temps, le problème deviendra plus sérieux et même dangereux.

2.Autodécharge excessive :

La réaction irréversible provoquée par le micro court-circuit causé par les impuretés pendant la fabrication de la batterie est la raison la plus importante de l'importante auto-décharge des batteries individuelles. Chez la plupart des fabricants de batteries, la microheure d'autodécharge de la batterie peut être ignorée. En raison de la réaction chimique avec les conditions environnementales pendant la charge, la décharge et la mise en rayon à long terme de la batterie, la batterie présente un phénomène d'autodécharge important, ce qui réduit la puissance de la batterie, les performances sont faibles et ne peuvent pas répondre à la demande d'utilisation.

3.Réduction de la capacité de décharge à basse température :

Avec la diminution de la température, la performance à basse température de l'électrolyte est faible, la participation à la réaction n'est pas suffisante, et la conductivité de l'électrolyte diminue, ce qui entraîne l'augmentation de la résistance de la batterie, la diminution de la plate-forme de tension et la diminution de la capacité. À l'heure actuelle, la capacité de décharge des batteries de divers fabricants à - 20 ℃ est fondamentalement de 70 % ~ 75 % de la capacité nominale. À basse température, la capacité de décharge de la batterie est réduite et la performance de décharge est faible, ce qui affecte la performance de service et l'autonomie des véhicules électriques.

4.Atténuation de la capacité de la batterie :

L'atténuation de la capacité de la batterie provient principalement de la perte d'ions lithium actifs et de la perte de matière active de l'électrode. La régularité de la structure en couches du matériau actif positif diminue, le film de passivation se dépose sur le matériau actif négatif, le degré de graphitisation diminue, et la porosité du diaphragme diminue, ce qui entraîne l'augmentation de l'impédance de transfert de charge de la batterie. La capacité de désintercalation diminue, ce qui entraîne une perte de capacité.

L'atténuation de la capacité des batteries est un problème insoupçonné des batteries. Cependant, à l'heure actuelle, les fabricants de batteries doivent d'abord s'occuper de la défaillance de sécurité précédente et de la cohérence de la batterie, puis envisager de prolonger la durée de vie de la batterie sur cette base.

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