鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：3008次 | 2019年01月09日
電芯壽命與動力電池系統(tǒng)可靠性的關(guān)系分析
電動汽車動力電池系統(tǒng)(PACK)的可靠性在研發(fā)過程中，經(jīng)常為同事所提及，有人也會等同于壽命，有人也會講是耐久性，有人也會說是質(zhì)保期，當(dāng)然也有的講到是失效率相關(guān)，是平均無故障間隔時間(MTBF)等等。
以上的叫法均有其特殊意義，只是所關(guān)心的重點(diǎn)不同。這里面涉及到幾個常用、易混淆的術(shù)語，如壽命、耐久性、質(zhì)保期、可靠性、失效率、平均無故障間隔時間(MTBF)。在理解這些術(shù)語前，有個問題大家可以思考下：電動汽車的可靠性與傳統(tǒng)汽車的可靠性有區(qū)別嗎？
本質(zhì)上是沒有區(qū)別的，就像你談?wù)撝Z基亞手機(jī)與智能手機(jī)的可靠性一樣。除去動力技術(shù)的不同，傳統(tǒng)汽車與電動汽車在很多方面都是相通的。
我們看下這幾個術(shù)語的定義：
使用壽命，是指新車開始使用直至報廢為止的使用延續(xù)時間(或里程)。使用期限分為技術(shù)使用期限、經(jīng)濟(jì)使用期限與合理使用期限。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
質(zhì)量保證期是指保證該商品使用者實(shí)現(xiàn)購買該商品目的和要求的合理預(yù)期，即質(zhì)量保障的時間，也即合理使用壽命，很明顯質(zhì)保期在數(shù)值上≤使用壽命，我們常聽說的動力電池要能做到5年10萬公里或8年24萬公里(以先到為準(zhǔn))，指的就是質(zhì)保期。關(guān)于質(zhì)保期還有個易混的概念即保修期，這二者區(qū)別在于質(zhì)保期內(nèi)零件免費(fèi)更換，保修期內(nèi)免費(fèi)維修，在數(shù)值上一般保修期小于等于質(zhì)保期，也有終生保修的，屬特例。
電芯壽命等同動力電池系統(tǒng)可靠性？其實(shí)你錯了！
耐久性，是指汽車進(jìn)入極限技術(shù)狀態(tài)之前，經(jīng)預(yù)防性維修(不更換主要總成和大修)維持工作能力的性能。使用壽命與耐久性都是對產(chǎn)品壽命的描述指標(biāo)，很多情況下，二者可以等同，從數(shù)值上來看，耐久性≤使用壽命。耐久性一般大于質(zhì)保期，這從定義上就可以看出，如果產(chǎn)品不能維持規(guī)定工作能力，必定在相關(guān)零部件上出現(xiàn)了問題。
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耐久性體現(xiàn)在維持規(guī)定工作能力性能的時間跨度，比如對于動力電池，我們知道在容量低于80%時，就要求退役，但低于80%時，車子仍然可以繼續(xù)使用。所不同的是，車子的性能變化了，直接的表現(xiàn)就是續(xù)駛里程降低。這種現(xiàn)象，不同的車子到達(dá)電池容量80%的時間是不同的，時間早的就可以說該車的耐久性不好，時間晚的就可以說是耐久性好。當(dāng)然，如果將容量到達(dá)80%就定義為動力電池的壽命，那二者相同。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
以上是PACK中，較容易理解耐久性的一個例子。其實(shí)，耐久性最初始于對機(jī)械產(chǎn)品的研究，由于機(jī)械產(chǎn)品的失效通常都是應(yīng)力應(yīng)變長時間作用累積而造成，因此，耐久性是一個漸變指標(biāo)，這與電池SOC的衰退類似，與時間因素強(qiáng)相關(guān)。
可靠性是指電動汽車在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。這里有四個關(guān)鍵因素：汽車產(chǎn)品、規(guī)定條件、規(guī)定時間、規(guī)定功能。
汽車產(chǎn)品指汽車整車、總成或關(guān)鍵零部件，如PACK。
可靠性也是描述一種時間跨度內(nèi)的能力，如果說狹義的質(zhì)量是時間點(diǎn)的概念(產(chǎn)品在出貨那個時刻是否是OK的)，那么可靠性則是一段時間內(nèi)的質(zhì)量。
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可靠性的另一個屬性是故障，所有的可靠性活動都是圍繞“故障”展開的，離開“故障”談可靠性是沒有意義的，它所研究的主要就是產(chǎn)品的故障規(guī)律、機(jī)理，以及相關(guān)的改進(jìn)、驗(yàn)證活動。從這點(diǎn)來看，可靠性與使用壽命、質(zhì)保期不是一個緯度的概念，與耐久性有共同之處(耐久性本身也與故障相關(guān))。
那么，如何來用數(shù)字表征一個產(chǎn)品的可靠性呢？即可靠性指標(biāo)是什么。
這就是大家常聽到的“平均無故障工作時間(MTBF)、失效率”。
先說MTBF(Meantimebetweenfailures，在理論上，這個只能用于描述可修產(chǎn)品，如汽車；對電芯來講，電芯是不可修產(chǎn)品，因電芯如果壞了就沒法修復(fù)了)，平均無故障工作時間，通俗地講就是多少個產(chǎn)品、在多長時間內(nèi)、發(fā)生了多少個故障。如1臺電動大巴，在外運(yùn)行30天，共發(fā)生的2起故障，則MTBF=1*30/2=15天；若100輛車，在外運(yùn)行30天，共發(fā)生了200起故障，則MTBF=100*30/200=15。這種估計不嚴(yán)謹(jǐn)，但實(shí)用。
上面講了，MTBF是對可修產(chǎn)品而言的，對電芯來講是沒有意義的。但PACK是可修產(chǎn)品，所以可以使用。一些客戶要求整車的首次故障不低于5000公里或1000公里，這個首次故障(可以看成MTBF的特例，即到第1個故障的統(tǒng)計規(guī)律)，該需求可轉(zhuǎn)化為時間分解到動力電池的需求中，這樣便于設(shè)計。
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另一個是，失效率(這個是極有爭議的概念，這里不具體區(qū)別可修產(chǎn)品，不可修產(chǎn)品)，只以大家通常理解的意思說明：即一段時間內(nèi)，產(chǎn)品發(fā)生故障的頻率。
與MTBF類似，這個指標(biāo)，也必須要：
(1)指定具體的產(chǎn)品批次，即哪些車；
(2)指定具體的時間，如是6個月的，12個月的，還是3年的；
(3)規(guī)定具體的故障，即哪些現(xiàn)象發(fā)生的，可以視作故障，這個很重要，直接決定統(tǒng)計項(xiàng)目。
根據(jù)故障的危害程度不同，汽車故障通常分類：
1)致命故障。指危及人身安全、引起主要總成報廢、造成重大經(jīng)濟(jì)損失、對周圍環(huán)境造成嚴(yán)重危害的故障。
2)嚴(yán)重故障。指引起主要零部件或總成損壞、影響行駛安全、不能用易損備件和隨車工具在短時間(30min)內(nèi)排除的故障。
3)一般故障。指不影響行駛安全的非主要零部件故障，可用易損備件和隨車工具在短時間(30min)內(nèi)排除。
4)輕微故障。指對汽車正常運(yùn)行基本沒有影響，不需要更換零部件，可用隨車工具(5min內(nèi))較容易排除的故障。
PACK在進(jìn)行統(tǒng)計時，可依照此分類建立起PACK的故障類別，比如起火、爆炸是一類，冒煙、燒融是一類，一些影響動力電池性能的是一類，如各類報警，異常等等，這個沒有明確的分法，根據(jù)各企業(yè)的習(xí)慣來進(jìn)行即可。
對于之前的100輛車，30天，200起故障，失效率為200/100*30=0.067/天。細(xì)心的讀者，可以發(fā)現(xiàn)，它是MTBF的倒數(shù)，其中緣由在此不展開，也是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模珜?shí)用。
這幾個概念說到這里，似乎有個很重要的東西一直沒有扯上關(guān)系：電芯的壽命！
是的，每當(dāng)客戶講到PACK可靠性時，大家都要談到電芯的壽命，為什么？
一，把電芯壽命與PACK可靠性等同，甚至是PACK壽命等同都是錯誤的，二者不是同一類產(chǎn)品，電芯是不可修產(chǎn)品，PACK是可修的。
二，那為什么電芯壽命這么重要？短板原則！因?yàn)槿绻娦镜膲勖疾荒軡M足客戶要求的話，那么PACK可靠性一定不能滿足，并且電芯一旦壞了，出現(xiàn)問題，哪怕是一個，那么整個PACK有可能都沒法用。而PACK中的其它零部件，技術(shù)比較成熟，可靠性、壽命一般都會遠(yuǎn)滿足PACK，或是它們可以很方便的更換。這就是為何模塊化設(shè)計、可維護(hù)性設(shè)計如此重要，如BMWi3的模組是可以很容易更換的，這樣當(dāng)某個電芯壞了，可以把模組直接換掉，而不用換整個PACK，正是這些東西的存在，才使PACK是“可修的”。
這個壽命時間是很重要的，它不僅決定了5年10萬公里或8年12萬公里是否可以實(shí)現(xiàn)，更是決定了一個PACK企業(yè)日后是否可以贏利(即售后服務(wù)成本的多少)，通常企業(yè)要在早期故障期之后才把產(chǎn)品賣出去(避免大量早期故障在客戶處曝露出來)，把產(chǎn)品的質(zhì)保期設(shè)定在產(chǎn)品進(jìn)入損耗期之前，這樣，在質(zhì)保期內(nèi)少出故障(少維護(hù)成本)，在質(zhì)保期過后，產(chǎn)品多出故障(向客戶高額收費(fèi))，這是很多老外產(chǎn)品能夠賺取高額利潤的一個手段。
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PACK的可靠性工作是個系統(tǒng)工程，以上算是概念的梳理，這些東西搞明白了，才能進(jìn)行下一步的工作：PACK的故障模式統(tǒng)計分析、各類故障機(jī)理分析、各零部件故障模式與故障機(jī)理分析、故障的測試與論證、改進(jìn)措施等等，設(shè)計、生產(chǎn)等各環(huán)節(jié)的工作展開。
