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锂电池可靠性设计和维护设计

来源:乐虎66品质作者:admin浏览次数:1767发布时间:2023-03-21 08:48:40

可靠性设计和维护设计

与其他的工程领域一样,DFR和DFS(Design for Service,维护设计是非常重要的产品设计要素,这两个要素在电子器件安全保障的设计初期就必须与锂离子电池作为一个整体考虑。可靠性设计是一个系统性并发的工程工艺,该工艺整合了产品的整个循环周期,关注点在于保证产品在生命周期内的稳定性和耐用性。在 Reliability EdgeQuarterly Newsletter 期刊中是这样描述DFR的:“可靠性设计是一个系统的、流线型的并行工程程序,其中可靠性工程被编织到总的开发周期中”

可靠性设计并不是一个单独的过程,而是一个工程体系,比如失效模式与影响分析(Failure Modes Effects Analysis,FMEA)、失效测试(Test to Failure,TTF)、加速寿命实验、客户需求(Voice of the Customer,VOC)实验设计(Design of Experiments,DOE)等。可靠性研究最大的挑战是它主要基于历史数据来进行预测,然而锂离子电池系统及产品的发展时间短,缺乏足够多的数据来进行统计,也就无法对将来进行预测。虽然有大量的锂离子电池,应用在便携式设备上,比如笔记本电脑、手机等,但是这些都不是直接应用到大型储能系统中的,其系统复杂程度、工况条件、有很大差异,因此便携式电子产品电池的设计、制造和服役状态对于大型储能系统几乎没有可参考性。

DFS本质上是在早期寻求问题解决方案的设计。例如在一些设计方案中,会将电芯通过机械固定的方式连接起来并允许替换单个电芯,此时电芯就可以作为一个最小替换单元(Smallest Replaceable Unit,SRU)。然而,这个策略仍然存在一些问题需要评估,比如随着时间的推移固定装置可能会有松动的危险,进而导致电池失效。而其他的电池制造商将电芯焊接起来而不是采用紧固装置。这种方法使模组成为最小可替换单元(而不是电芯),虽然维护成本很高,然而随着时间的推移,通过焊接来连接电芯的方式可以保证失效的可能性小很多。还有一些 DFS工程师考虑了可循环性、梯次利用以及再制造性,这些设计可以确保能源储存系统很容易拆解,每个核心部件很容易辨认,当大规模电池储能产业成型后就会非常重要。

上述介绍表明,DFS涉及工作人员对电池组的设计和维修,目的是令产品容易维修。DFR则是对电池组所有可能的失效行为进行分析,从而来设计合适的缓解策略。()

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