【原】动力电池单体内各组件的逻辑关系及可靠性模型

1.动力电池单体内各组件的逻辑关系

动力电池单体是由正极群、负极群、多孔性隔膜、外壳、电解液、排气阀6个主要组件组成的，其中任何一个组件出了故障都会给动力电池单体的可靠性带来损害，即降低了整只动力电池单体的可靠度R（t），因而从逻辑关系上来分析，动力电池单体的这6个主要组件的关系应当是串联的，那么整个动力电池单体的可靠度R（t）将由各个组件的可靠度Ri（t）(1·2……i)来决定。

  动力电池单体的正极群和负极群又都是分别由许多片正极板和负极板组成的，从电气连接上来看，各片正（或负）极板都是并联在一起的；从逻辑功能方面看，任何一片极板的失效并不会导致整只动力电池单体失效，必须全部极板同时失效才会引起极群失效，因而它们也可视为并联的。

2.动力电池单体的可靠性模型

动力电池单体的可靠性模型，大体上有以下三种形式：

（1）串联系统的可靠性模型

  串联系统模型如图1所示。串联系统是指它的每一个元件对于系统的正常工作都是必须的，不可或缺的；任何一个元件的失效，将导致系统工作不正常。这是一种较常见和简单的系统。

如果系统有N种元件，每种元件的失效率为λ_i(i=1～N)，则串联系统的总失效率：

λ_Σ=n₁λ₁＋n₂λ₂＋……n_Nλ_N

总的无故障工作时间：

MTBF_Σ=1/λ_Σ=1/[n₁λ₁＋n₂λ₂＋……n_Nλ_N]

年可靠度：P=1/e^8760·λΣ=1/e^8760/MTBFN(因每年共8760h)

（2）并联系统的可靠性模型

  并联系统模型如图2所示。图2中：U1，U2均可单独地实现系统的功能，而且U1，U2任何一个单元出现故障，将自动（或手动）和输入、输出端断开，同时接入另一个互为备份的单元。

显然，并联系统的任何一个单元的失效，均不会影响系统的功能，只有在二个单元均失效时，系统才不能正常工作。同理也可以N个单元并联构成一个系统。其数学关系为：

故障概率：F（t）=F₁（t）·F₂（t）…F_N（t）

若F₁（t）=F₂（t）…=F_N（t）则可靠度：

R（t）=1－F（t）=1－[F₁（t）]ⁿ

结论很明确，在每个单元的可靠性受各种限制不可能太高，而又要求系统具有很高的可靠度的情况下，采用并联系统代替串联系统是提高电子系统可靠性的根本方法。并联系统的成本将高于串联系统，但为了保证必要的可靠性，花些代价是必须的也是值得的。

（3）混合系统可靠性模型

  实际工程中，为了在成本和可靠性方面求得平衡，常常使用串联和并联混合系统。也就是对可靠度较低的单元采用并联系统，可靠度高的单元保持串联系统。模型如图3所示。混合系统的可靠度：

R（t）=R₁（t）·R₂（t）·R_3－2（t）·R₄（t）

如果R₁=R₂=R₄=0.99，R₃=0.9

则R_3－2=1－[1－R₃]²，R_3－2=0.99

R=R₁·R₂·R_3－2·R₄=0.96=96％。（F=4％）。

假使，U3不用并联系统，则R=0.87=87％，（F=13％）。可见，两者可靠度的差别还是很明显的，故障率降低了3倍多。混合系统比串联系统可靠性高，比并联系统简单。