第五章：可靠性设计/服务设计

设计大型锂离子电池的一大挑战是对储能系统的可靠性和寿命进行估算和计算。这在很大程度上是由于这项技术还没有足够的历史，无法根据过去的性能来预测未来。因此，像可靠性设计（DFR）这样的工程领域在工程过程的早期就变得非常重要，以便尝试识别潜在的失效模式并制定缓解策略。

日产聆风（NissanLeaf）和雪佛兰伏特（ChevroletVolt）等汽车应用目前已上市约5年，这些产品中的电池很可能仅达到其使用寿命的一半。我们目前所能得出的最佳估计是基于目前上路的许多镍氢（NiMH）混合动力电动汽车。在20世纪90年代末推出后，其中许多汽车现在开始达到车辆寿命的终点，在美国通常约为12年。因此，虽然可以从这些车辆中学到一些东西，但大多数汽车制造商和电池制造商在设计上都非常保守，以免如果这些储能系统在保修期结束之前就达到使用寿命的终点，那么就会产生大量的保修成本。他们正在使用DFR等方法，以帮助建立他们对储能系统寿命的信心。

有几个相对较新的例子说明了电池制造商需要同时实施可靠性和质量体系。在锂离子电池领域发生的第一次，也许也是最大的一次召回是索尼在2006年进行的，当时有超过1000万个电池组被召回，估计索尼的成本约为4.29亿美元（Arendt,2006）。这一特殊召回的原因可能归因于产品和工艺失效模式的结合。在这个案例中，被召回的18650型锂离子电池（直径18毫米，长度65毫米）使用的是镀镍钢罐，盖子上有卷曲。随后的分析表明，在卷曲过程中，来自镍的小颗粒可能已经脱落并落入果冻卷组件中，随着时间的推移，这反过来又有可能导致电池内部短路。从本质上讲，这是一个潜伏的故障，只有随着时间的推移才会显现出来。

具体到汽车行业，锂离子电池初创公司A123系统公司最终召回了超过5500万美元的电池，这些电池是在菲斯克Karma中引入的（voelker,2012）。这是A123的第二次召回，此前该公司曾遭遇菲斯克电池组冷却剂泄漏的问题。作为一家早期的初创公司，这些召回是这对公司和整个行业都是非常有害的，因为这是导致A123系统最终在美国申请破产的主要驱动因素之一。这第二次失败是一个过程失败，因为据信，在电池生产过程中，他们的一台焊接机出现了校准错误的问题，这可能会在未来的电池中出现潜在的故障（Rousch,2012）。

现在这些都是拥有非常好的产品的好公司，并且在电池世界中还有其他昂贵的召回，所以不要让我让你误入歧途，认为这些不是高质量的产品，但这些例子强调了电池行业对强大的质量控制和可靠性规划的需求，因为该行业正处于商业化的早期阶段。