電池組裝是先並聯好還是線串聯好?
锂離子電池要想能在電壓大小,容量大小和電流大小能滿足一定的實際應用需求,就必須通過多顆電芯進行串聯和並聯的方式來達到相應的需求,而在這個電池組裝的過程中,是先並聯好呢?還是線串聯好?
在國民經濟中的應用越來越廣泛,但其功率和能量是不可兼容的一對性能。在實際設計中,往往需要用戶在電池的功率與能量之間進行取舍和平衡,而電池設計者又左右爲難。另外,大型組合電池組需要多串並來實現,根據往常的理論,參與組合的單體電池性能一致性要控制在較窄的範圍,否則會因爲電池組中各單體電池之間的性能差異嚴重影響電池組的循環壽命。因此電池組需求單體越多,匹配的難度就越大,不能匹配的電池就越多,會造成極大的浪費。爲了解決以上問題,本文在理論分析的基礎上做了大膽的突破,將不同類型的電池按照一定規律進行組合,試驗證明這種電池組合方式不僅能解決高功率和高能量的矛盾問題,同時也提出了減緩大規模電池組合壓力的具體方法。


上图为先串后并的组合電池組示意图,其中:Bmn为第m并第n 串电池;Rm为第m并的总串联电阻(包含电池内阻和线路接触电阻);Im为第m并的电流;Ip为電池組总输出电流;Vm为第m 并的总串联电压;Vp为并联后的总输出电压。从图1可知Ip=I1+I2+I3+……+Im
組合電池選取同一電壓平台(電池的正負極材料一致)的電池,即V1=V2=……=Vm=V;每並的串聯電池要求按照容量、內阻等參數進行配組,即Bm1、Bm2、……Bmn,要求性能匹配一致,每並之間(即B1n、B2n、……Bmn之間)不要求電參數一致。
Im=(Vm-Vp)/Rm,在放電過程,每一並電池串的電流和本並電路的電阻值成反比,也就是說,在放電過程中,由于各並電池串的串聯電阻不同,流經此並電池串的電流就不同,即I1、I2、……Im是不相同的,而且在放電過程中不斷變化,但總體保持Ip=I1+I2+I3+…+In的動態平衡。
Vp=Vm-ImRm,如果在放電過程中某一並電池串的電壓(Vm)變低(和其他並串聯電池串電壓比),因爲Im=(Vm-Vp)/Rm,電池組就會自動通過減少此並電池串的電流,這樣就會擡高此並電池串的總電壓(Vm),因此電池組處在一個動態平衡的放電狀態,使電池組保持一定的平衡電壓(Vp),這樣電池組在電壓動態平衡的過程中,使每一並電池串都能放出各自的容量,而不會過放。
充電過程相反,原理相似,由于充電電壓的動態平衡,使得每一串電池都能充進各自的容量,而不會過充。


先并联后串联的连接方式如上图 所示,由于B11、B12……B1n是通过配组筛选的,其电性能可以视为是一致的,即从电性能看,B11、B12……B1n相同,同样Bm1、Bm2……Bmn
相同,所以并联后,B并1=B并2=……=B并n(其中B并n就是B1n、B2n……Bmn的并联结果)。那么,整组电池就相当于筛选配组后的B并1、B并2……B并n串联,充放电是没有问题的。而Bm1、Bm2……Bmn并联和图1 分析相近,由上面的分析可知,先并联后串联的電池組能正常充放电,这里不再赘述。
通過以上理論分析,可以得出結論,如果滿足條件:組成電池組的所有电池的电压平台一致(电池的正、负极材料一致),串联方向相对应的单体电池经过严格的配组筛选(保持内阻、容量等一致),那么单体电池无论是先串后并,还是先并后串进行组合,组成的電池組可以正常地充放电,不会影响電池組的循环寿命。
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