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Etude sur les modes de défaillance des systèmes de batteries lithium-ion de puissance (Partie 1)

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Etude sur les modes de défaillance des systèmes de batteries lithium-ion de puissance (Partie 1)

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Cet article décompose l'étude du mode de défaillance du système de batterie lithium-ion de puissance est d'une grande importance pour améliorer la durée de vie de la batterie, la sécurité et la fiabilité des véhicules électriques et pour réduire le coût d'entretien des véhicules électriques. Différents modes de défaillance sont pris en compte dans la conception du système de batterie lithium-ion de puissance afin d'améliorer la sécurité de la batterie lithium-ion de puissance.



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



Mode de défaillance de la cellule
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 sécurité de la cellule :



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

Le court-circuit dans la batterie est causé par l'intérieur de la cellule. Il y a de nombreuses raisons au court-circuit dans la batterie, qui peut être causé 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, le contrôle ne peut pas être arrêté, et l'assurance externe ne peut pas être utilisée, de la fumée ou une combustion se produira certainement.



Dans une telle situation, tout ce que nous pouvons faire est d'informer le personnel à bord de s'échapper au plus vite. 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 susceptibles de présenter un court-circuit interne à la sortie de l'usine, et ne peut que procéder à des tests suffisants à un stade ultérieur pour réduire la probabilité d'un court-circuit interne.



2.Fuite de cellules :

Il s'agit d'un mode de défaillance très dangereux et peu fréquent. De nombreux incendies de véhicules électriques sont dus à une fuite de la 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 ou d'une installation non standard ; raisons de fabrication : mauvaise performance d'étanchéité causée par des défauts de soudage et une quantité insuffisante de colle d'étanchéité.



Après une fuite de la batterie, l'isolation de l'ensemble du bloc-batterie est défaillante, et la défaillance isolée d'un seul point n'est pas un gros problème. S'il y a deux ou plusieurs défaillances de l'isolation, un court-circuit externe se produit. D'après l'utilisation réelle, comparé à la cellule à boîtier en plastique, le monomère à boîtier métallique est plus enclin à la fuite de liquide, ce qui entraîne une défaillance de l'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 une évolution du lithium de l'électrode négative de la batterie. Les batteries au phosphate de fer lithié ou les batteries ternaires fabriquées par la plupart des fabricants nationaux décomposent le lithium lorsqu'elles sont chargées à une température inférieure à 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 métal ne peut pas être réduit, ce qui entraîne une atténuation irréversible de la capacité de la batterie. La précipitation du 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.Gonflage des cellules :

Il y a de nombreuses raisons aux flatulences. 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 la réaction 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, des fuites de liquide se produisent.



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


1.Mauvaise cohérence de la capacité :

L'incohérence des batteries lithium-ion de puissance fait généralement référence à la différence de capacité résiduelle et à la différence de tension des batteries dans un groupe de batteries qui sont trop importantes, ce qui entraîne une détérioration de l'endurance de la batterie. Le manque de cohérence entre les batteries s'explique par de nombreuses raisons, notamment le processus de traitement et de fabrication de la batterie, la durée de stockage de la batterie, la différence de température pendant la charge et la décharge du bloc-batterie, 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 garantir la cohérence des batteries autant que possible au niveau du traitement, et à utiliser le même lot de batteries pour l'appariement. Cette méthode a un certain effet, mais on ne peut pas y remédier. Le problème du manque d'homogénéité des batteries survient après un certain temps d'utilisation. Si le problème n'est pas résolu à temps, il s'aggravera et deviendra même dangereux.



2.Autodécharge excessive :

La réaction irréversible provoquée par un micro-court-circuit causé par des impuretés au cours de la fabrication de la batterie est la raison la plus importante de l'auto-décharge importante des batteries individuelles. Chez la plupart des fabricants de batteries, la micro heure 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, celle-ci présente un phénomène d'autodécharge important, ce qui réduit la puissance de la batterie, la rend moins performante et ne permet pas de 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 essentiellement de 70 % ~ 75 % de la capacité nominale. À basse température, la capacité de décharge de la batterie est réduite et les performances de décharge sont médiocres, ce qui affecte les performances de service et l'autonomie des véhicules électriques.



4.Atténuation de la capacité de la batterie :

L'affaiblissement 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 de la membrane diminue, ce qui entraîne une augmentation de l'impédance de transfert de charge de la batterie. La capacité de désintercalation diminue, ce qui entraîne une perte de capacité.



L'affaiblissement de la capacité des batteries est un problème que l'on ne soupçonne pas. Toutefois, à l'heure actuelle, les fabricants de batteries devraient 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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