提及了采用電瓶組并聯應用的誘因(在留言洪雅楓也補充了從電瓶模塊測試角度的剖析:大容量電瓶的過多并聯會促使電瓶模塊通過安全性測試(針刺、擠壓、過充等)的機率增加)、兩種并聯拓撲構架形式、以及須要考慮的技術問題。本篇繼續討論電瓶組并聯模式的可靠性剖析方式。
1.電瓶單體失效對電瓶組整體的影響剖析
電瓶單體的失效主要可以分為安全性失效和功能性失效。安全性失效包括:電瓶析鋰、電池內漏電、電池漏液、電池腹瀉鼓包等;功能性失效包括:容量減少、內阻上升、自放電減小、連接斷路等。
安全性失效一般會導致電瓶單體或系統局部漏電,由此引起熱失控電阻串并聯混合計算,最終引致火災燃燒。而BMS的作用從某個層面可以簡單理解為:防止安全性失效的發生,必要時可將安全性失效轉移為功能性失效,將要漏電故障轉變為斷路故障。諸如當BMS檢查到系統絕緣內阻值過高時執行斷掉接觸器操作,以及當單體電芯或電瓶系統過流時相應的fuse熔斷都屬于將漏電故障轉變為斷路故障。因而后續的可靠性剖析就是基于BMS才能有效地將所有的安全性失效轉變為功能性失效的理想狀態。
2.電瓶組系統可靠性定義
電瓶組系統運行狀態可以分為三種:無故障運行(正常模式)、故障運行(跛行模式)、EPO(緊急斷電模式)。該剖析方法定義正常模式和跛行模式皆為未失效狀態,僅在EPO電瓶組系統完全沒法工作時為失效狀態。
3.串并聯物理模型
電瓶單體的失效率λ=1/MTTF,其中MTTF(MeanTimeTo)為平均無故障時間。
假定各個單體電瓶壽命服從指數分布,則單體電瓶在t年后的可靠性:
假定所有單體電瓶的失效率λ皆相等,則n省電池串聯可靠性估算公式為:
n省電池并聯可靠性估算公式為:
4.案例估算
就以右圖方法3和方法4兩種串并聯形式舉例,方法3為3P-6S-2P-4S,形式4為3P-24S-2P,兩種形式組成的電瓶系統總壓、容量皆相同。
假定單體電瓶平均使用壽命為15年(5475天),評估以不同串并聯形式成組后在第8年時的可靠度R。從下表估算可知方法3的可靠度為0.582,而方法4的可靠度為0.315。
須要注意的是上述剖析方式基于的前提是應用場景希望動力電瓶系統盡可能的保持在可工作狀態,如應急牽引車,港口起吊車等對維持穩定運行有著急迫要求的領域電阻串并聯混合計算,雖然應急的設備關鍵時刻派不上用場或則是高舉的貨物喪失了拉力都是不可容忍的車禍。但對于乘用車或則商用車上述剖析方式可能并不合適,由于當某一支路出現故障時仍然繼續使用對于電瓶一致性和整體壽命有著比較大的影響,此時與其讓系統勉強工作倒不如整體切斷,雖然車輛早已是售后服務體系十分成熟的領域,對于故障的響應成本也更低,沒有必要以犧牲壽命的方法強行維持工作。
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