提及了采用电瓶组并联应用的诱因(在留言洪雅枫也补充了从电瓶模块测试角度的剖析:大容量电瓶的过多并联会促使电瓶模块通过安全性测试(针刺、挤压、过充等)的机率增加)、两种并联拓扑构架形式、以及须要考虑的技术问题。本篇继续讨论电瓶组并联模式的可靠性剖析方式。
1.电瓶单体失效对电瓶组整体的影响剖析
电瓶单体的失效主要可以分为安全性失效和功能性失效。安全性失效包括:电瓶析锂、电池内漏电、电池漏液、电池腹泻鼓包等;功能性失效包括:容量减少、内阻上升、自放电减小、连接断路等。
安全性失效一般会导致电瓶单体或系统局部漏电,由此引起热失控电阻串并联混合计算,最终引致火灾燃烧。而BMS的作用从某个层面可以简单理解为:防止安全性失效的发生,必要时可将安全性失效转移为功能性失效,将要漏电故障转变为断路故障。诸如当BMS检查到系统绝缘内阻值过高时执行断掉接触器操作,以及当单体电芯或电瓶系统过流时相应的fuse熔断都属于将漏电故障转变为断路故障。因而后续的可靠性剖析就是基于BMS才能有效地将所有的安全性失效转变为功能性失效的理想状态。
2.电瓶组系统可靠性定义
电瓶组系统运行状态可以分为三种:无故障运行(正常模式)、故障运行(跛行模式)、EPO(紧急断电模式)。该剖析方法定义正常模式和跛行模式皆为未失效状态,仅在EPO电瓶组系统完全没法工作时为失效状态。
3.串并联物理模型
电瓶单体的失效率λ=1/MTTF,其中MTTF(MeanTimeTo)为平均无故障时间。
假定各个单体电瓶寿命服从指数分布,则单体电瓶在t年后的可靠性:
假定所有单体电瓶的失效率λ皆相等,则n省电池串联可靠性估算公式为:
n省电池并联可靠性估算公式为:
4.案例估算
就以右图方法3和方法4两种串并联形式举例,方法3为3P-6S-2P-4S,形式4为3P-24S-2P,两种形式组成的电瓶系统总压、容量皆相同。
假定单体电瓶平均使用寿命为15年(5475天),评估以不同串并联形式成组后在第8年时的可靠度R。从下表估算可知方法3的可靠度为0.582,而方法4的可靠度为0.315。
须要注意的是上述剖析方式基于的前提是应用场景希望动力电瓶系统尽可能的保持在可工作状态,如应急牵引车,港口起吊车等对维持稳定运行有着急迫要求的领域电阻串并联混合计算,虽然应急的设备关键时刻派不上用场或则是高举的货物丧失了拉力都是不可容忍的车祸。但对于乘用车或则商用车上述剖析方式可能并不合适,由于当某一支路出现故障时仍然继续使用对于电瓶一致性和整体寿命有着比较大的影响,此时与其让系统勉强工作倒不如整体切断,虽然车辆早已是售后服务体系十分成熟的领域,对于故障的响应成本也更低,没有必要以牺牲寿命的方法强行维持工作。
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