关于电芯先串后并/先并后串成组可靠性和安全的比较 本文来源:知化汽车 这个问题在初入行时比较困扰,现在也没有完全思考清楚,文章写得比较早,有些不正确的地方还请斧正。 通常... 

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关于电芯先串后并/先并后串成组可靠性和安全的比较 本文来源:知化汽车 这个问题在初入行时比较困扰,现在也没有完全思考清楚,文章写得比较早,有些不正确的地方还请斧正。 通常... 

2024-07-12 16:37| 来源: 网络整理| 查看: 265

来源:雪球App,作者: 连线新能源,(https://xueqiu.com/7840406530/126519752)

本文来源:知化汽车

这个问题在初入行时比较困扰,现在也没有完全思考清楚,文章写得比较早,有些不正确的地方还请斧正。

通常来讲,电动汽车所需要的能量系统电压往往达到数百V,而电流也需要几十或上百安培,这就需要对现有的电芯进行串关连:基本的原理是并联以满足容量、电流要求;串联以满足电压要求。

总的来讲,电池组的连接方案共有3种:先串后并、先并后串、串并混合。

在进行电池组的方案选择时重点考虑快充、成本和安全可靠性。

一些典型车辆的电池系统成组方式(此处串并不分先后):

Model3 LR: 96s46p

Model S 85kWh: 96s74p

Jaguar I-PACE: 108s4p

Audi e-tron: 108s4p

Leaf-2011: 96s2p

BMW i3 :96s1p

对于不同的串并成组方式,可以从可靠性、安全性和电芯管理成本BMS等角度来分析。

可靠性分析:

m个元器件串联成子系统,再由n个子系统关联成系统,则系统可靠性为:

m个元器件并联成子系统,再由n个子系统串联构成系统,则系统的可靠性为:

假设每个电芯的可靠性相同,Ri=0.99,以Audi e-tron系统为例,共有432个电芯组成,如果(1)先串后并,108个电芯串联后再4组并联,

2)先并后串,4个电芯先并联后,再108组电芯串联,

以看出:

先串后并的连接方式,系统整体的可靠性会小于单体电芯;

先并后串的连接方式,系统的整体可靠性会大于单体电芯。

安全性分析:

对于系统来讲,电芯故障的两个极端情况为:断路、短路。

对先串后并的电路来讲,由于先串的过程中,电路的电压增大,当某个电芯断路时,此时电池包电压不变,但断路电芯所在支路不参加工作,整个电池包内阻会增加、容量减少。而断路电芯两端的有可能形成高电压,进而产生电弧的危害。当电芯短路时,此电芯所在的支路仍可以继续参加工作,由于电压降低,使其他支路对此支路进行放电,由于仅有一个电芯的压降差,所以回路电流不会很大,此种情况不会造成很大危害。

对先并后串的电路来讲,在并的过程中,电压不会增加,所以当某个电芯断路时,没有电弧的危害,但是电芯短路的危害就比较大。因为当并联某电芯发生短路时,其他所有的并联电芯会对此进行放电,由于电芯的内阻通常都是毫欧级,所以此时短路电流会达到上百安,有甚者会达到上万安培,瞬间的过流极有可能造成电池熔化起火,从而引起成火灾事故。此外,并联电路形成的环流,虽然在一定程度上有均衡作用,但由于环流基本不受监控,可能存在不确定的风险。

电芯管理成本

先串后并的电池组,需要更多的传感器、布线,BMS通道多,成本高;先并后串,并联的电芯当成一个,监控及BMS通道简单、少,成本低。

其他:

过流能力:这个因素主要是对于有快充需求或高功率需求时,要重点考察的因素,先串后并的系统过流能力强,先并后串的系统过流能力不容易提高。

对于先串的方式,还要注意到整个串联下来的模块电压最好处于安全电压范围内,以方便装配和生产;对于先并的方式,要考虑到当电芯短路时,其他电芯所放能量是否会引起热失控。

综合以上,串并基本方式的对比如下:

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