Những năm gần đây, trình độ phát triển kinh tế quốc dân được nâng cao, khoa học công nghệ phát triển nhanh chóng, công nghệ năng lượng mới được nghiên cứu và ứng dụng sâu rộng. Vì mục đích phát triển xanh và bền vững, ngày càng có nhiều ngành công nghiệp dần phát triển theo hướng năng lượng mới. Ngày nay, xe năng lượng mới dần trở thành hướng sản xuất di động quan trọng. Trong quá trình sản xuất loại ô tô này, bộ phận quan trọng nhất là hệ thống ắc quy điện, đây là bộ phận then chốt quyết định sự vận hành an toàn và ổn định của ô tô.

An ninh năng lượng và khủng hoảng môi trường đang ngày càng trở nên nghiêm trọng, các quốc gia trên thế giới đang thực hiện nhiều biện pháp đa dạng để giảm phát thải chất ô nhiễm có hại và tiêu thụ năng lượng. Việc tích cực phát triển các loại xe năng lượng mới, với đại diện là xe điện và xe hybrid, đã trở thành sự đồng thuận quốc tế và là một trong những chiến lược quan trọng của Trung Quốc.

Lithium ion được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực xe năng lượng mới và nhà máy điện lưu trữ năng lượng, với ưu điểm chủ yếu là mật độ năng lượng cao, mật độ công suất cao và tuổi thọ dài. Với sự phát triển nhanh chóng của xe năng lượng mới, số vụ cháy nổ được báo cáo đã tăng lên trong những năm gần đây, cho thấy tỷ lệ tai nạn xe năng lượng mới do sự cố pin điện tương đối cao. Loại hỏng pin này chủ yếu liên quan đến việc sạc quá mức, xả quá mức và quá nhiệt, có thể khiến nhiệt độ và giá trị áp suất bên trong của bộ pin tăng lên, khiến hệ thống pin mất kiểm soát.

Để tránh tai nạn an toàn của xe năng lượng mới , các nhà nghiên cứu có liên quan hiện đang triển khai công tác chẩn đoán lỗi pin toàn diện và quản lý an toàn từ cả nền tảng trên bo mạch và nền tảng đám mây. Trước đây, hệ thống quản lý pin trên bo mạch được sử dụng để đánh giá tình trạng sạc và tình trạng sức khỏe thực tế của bộ pin bằng cách phát hiện các thông số điện áp và dòng điện của nó, nhằm đảm bảo an toàn cho pin điện. Tuy nhiên, do những hạn chế của BMS trong quá trình này, chiến lược cảnh báo an toàn tương đối đơn giản và không thể kiểm soát an toàn của hệ thống pin theo thời gian thực.

Để giải quyết các vấn đề trên, cần coi trọng công nghệ chẩn đoán lỗi nền tảng từ xa và cảnh báo sớm. Với sự trợ giúp của thiết bị đầu cuối trên tàu, dữ liệu hệ thống pin điện có thể được truyền đến nền tảng đám mây dữ liệu lớn của xe năng lượng mới và các phương pháp chẩn đoán lỗi pin điện có thể được phân tích toàn diện bằng cách khám phá dữ liệu lớn.

1 Hệ thống quản lý pin điện

Trong lĩnh vực xe năng lượng mới, hệ thống quản lý pin điện có hai chức năng chính: một là theo dõi các thông số hiệu suất pin theo thời gian thực. Hai là kiểm soát hiệu quả nhiệt độ pin dựa trên môi trường ứng dụng để tránh giá trị nhiệt độ pin quá cao hoặc quá thấp, ảnh hưởng đến tuổi thọ và hiệu suất của pin.

Trong quá trình này, hệ thống quản lý pin bị trục trặc, hạn chế các chức năng trên và ngăn chặn việc dự đoán hiệu quả các vấn đề về tuân thủ pin. Điều này có thể khiến pin mất khả năng kiểm soát hiệu quả, làm hỏng pin và trong trường hợp nghiêm trọng, gây ra lỗi lái xe, đe dọa đến tính mạng và an toàn tài sản của mọi người.

2 Phân tích lỗi nội bộ

2.1 Vấn đề sạc quá mức

Nguồn điện của xe đáp ứng hiệu quả các yêu cầu về điện áp và dung lượng. Hệ thống ắc quy điện bao gồm các ắc quy đơn được kết nối nối tiếp hoặc song song. Tuy nhiên, do lỗi sản xuất và sự khác biệt về điều kiện làm việc, ắc quy đơn thường gặp phải sự không nhất quán.

Trong quá trình sạc xe, bộ sạc bị lỗi hoặc hệ thống quản lý phát hiện và ước tính không chính xác tình trạng pin có thể gây ra sự cố sạc quá mức ở một số loại pin.

Tổng giá trị điện áp của hệ thống pin vượt xa giá trị giới hạn trên của nó và một số pin riêng lẻ vẫn có thể bị sạc quá mức. Sạc quá mức pin lithium-ion có thể gây ra phản ứng điện hóa bên trong và mất chất hoạt động, làm tăng giá trị nhiệt độ của bộ pin, tích tụ khí và gây nổ pin.

2.2 Vấn đề xả quá mức

Nhìn chung, việc thiết lập điện áp cắt xả được sử dụng để tránh lỗi xả quá mức. Tuy nhiên, do tác động của dòng điện lớn, thiết kế hệ thống quản lý pin điện không hợp lý và thời gian lưu trữ pin tương đối dài, các yếu tố lỗi này vẫn là vấn đề thường gặp trong giai đoạn ứng dụng của xe điện.

Trong quá trình xả quá mức, khả năng trích xuất ion lithium ở trạng thái điện cực âm sẽ giảm, trong khi điện áp phân cực của pin sẽ tăng. Bộ thu đồng điện cực âm sẽ trở thành các ion đồng dưới dạng oxy hóa và dần dần hòa tan trong chất điện phân. Hiện tượng này sẽ làm tăng giá trị tốc độ tự xả của pin điện. Hành vi xả quá mức này sẽ không trực tiếp gây ra các vấn đề mất kiểm soát nhiệt, nhưng sẽ gây mất dung lượng hoặc thay đổi độ ổn định nhiệt, Tác động đến khả năng chịu đựng của các điều kiện lạm dụng pin điện có thể gây ra các tai nạn nguy hiểm trong quá trình sạc lại hoặc sử dụng.

2.3 Vấn đề quá nhiệt

Pin điện, dù đã sạc hay xả, đều sẽ phải đối mặt với chuyển động điện tử mạnh, có thể tạo ra hiệu ứng nhiệt. Trong hầu hết các trường hợp, pin có thể nóng bất thường và các phản ứng phụ, đoản mạch bên ngoài và đoản mạch bên trong có thể xảy ra trong quá trình sạc và xả quá mức. Dựa trên bối cảnh của điều kiện nhiệt độ cao, pin lithium-ion sẽ trải qua một mức độ giãn nở nhất định, tăng trở kháng và rút ngắn thời gian chu kỳ.

Trong chu kỳ sạc tốc độ cao, nhiệt sẽ tiếp tục tích tụ trong pin, khiến giá trị nhiệt độ tăng dần và tăng nguy cơ mất kiểm soát nhiệt. Pin quá nóng sẽ rút ngắn thời gian phân hủy của vật liệu dương và mặt nạ chất điện phân rắn âm sẽ xuất hiện, dẫn đến mất dung lượng rất rõ ràng. Một số khí sẽ xuất hiện trong quá trình phân hủy vật liệu bên trong của pin lithium ion. Khi giá trị áp suất tăng lên, pin sẽ giãn nở và đối mặt với nguy cơ nổ.