本帖最后由 张卍 于 2022-1-21 11:27 编辑
另类的电池组组装方式 -----------尤其适合换电模式，以及电池组的梯次利用
我们知道，目前的新能源汽车的电池组是有多个电芯组成的，一般先并联后串联。如特斯拉的model s电池包采用的是三元电芯(每串3.6v)，也就是说，其总串数为345/3.6≈96(串)。换句话说，其电池包里面一共采集了96个电芯电压，实际电池组内部电芯数量有几千颗，随着大单体电芯使用的增多，并联的数量也在减少，出现并联几颗的，但是由于并联电压电压相等，无论并联多少颗，目前很难单独检测出每一颗电芯的电压和状态，参见**http://m.cbea.com/xyrd/202001/179393.html。 问题来了，热失控都是从单颗不良电芯开始，并进一步蔓延到周围电芯的，而单颗不良电芯也是逐步劣化的，劣化的电芯会因热失控临界温度降低变得更危险，如果能检测到每一个电芯的状态，就能防范于未然，那么若干颗并联在一起的电芯有一颗严重劣化，容量接近0了，怎样检测出来？若干颗并联在一起的电芯有一颗自放电不断增加越来越危险，怎样检测出来并进行维护处理或警告？目前没有好的办法，测量每一颗电芯的电流显然成本不可接受。 这里想谈谈一种另类的电池组组装方式，优点是可以检测出每一颗电芯的状态，并能将劣化较快、不健康的电芯从电池组中剔除，从而可以达到对电池组“治未病”的效果，大幅减少热失控起火事故。
组装方式如下图： file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image002.jpg
图中是8并8串的电池组，由BMS管理，左边是负载，这个电池组的关键点是电芯不是直接并联，而是先串联2节，再并联形成电池组，充电时策略是BMS确保每一节电芯的电压不超过4.2伏，放电时策略是BMS确保每两节串联不超过6.5伏，这种策略保证了无论电芯之间差距有多大，最低电压>6.5-4.2=2.3v，不会产生严重过放。 优点如下： 1. 可记录每一节电芯的状态，特别适合电池组的梯次利用 因为电芯组装时都是先串联2节，因而每一节电芯的电压都是独立的，因此BMS可以简单的测试出每一节电芯的电压，结合充放电状态、电流，可以推算出电芯的各种参数，如果能记录在BMS中，将为电池组的梯次利用提供第一手资料，甚至可以不做测试，直接按照BMS的资料将电池组衰退至80%的电池组投入二次使用。 2. 可以隔断不良电芯，大幅延长电池组的使用寿命 比如发现电芯2的内阻过大，只需将电芯2与电芯6之间的电连接切断，电芯2与电芯6就成为单极与电池组电连接的单颗电芯，实际上隔断了不良电芯2，6与电池组的电连接，不良电芯2，6成为空挂电芯，因此电池组是可维护的，特别适合有维护条件的的换电站。 实际上，内阻大、自放电大、容量下降的电芯都可以简单识别，方法就是测电压与串联的另一个电芯比较，因此本方法“治未病”的效果还是很显著的，能大大减少热失控的发生。 3. 放电不受不良电芯影响，比如电芯2容量下降报废，我们放电时策略是BMS保证电芯2与电芯6两端的电压不低于6.5伏，显然电芯2的电压不会低于6.5-4.2=2.3伏，而其他健康电芯可以放电完毕至6.5/2=3.75v，而且由于电芯2是报废电芯，可不考虑2.3伏对其寿命的伤害。 4. 特别适合换电站模式使用。上面讲述了电池组可维护，将不断劣化的电芯去除，一般来讲，任何一个系统都是早期故障多，晚期故障多，中期相对稳定，也就是说一个电池组经过一个短暂使用后去除劣化较快的电芯后，将会进入稳定期，这意味着我们可以使用次一等的电芯，并经早期使用再经维护，使得进入稳定期的电池组的稳定性不输使用优质电芯的电池组，电池组生产成本会降低。维护工作一般来讲最好有专业人士在换电站操作，所以特别适合换电站模式，将降低换电站周转电池组的生产成本。 现有技术的汽车电池组都是一锤子买卖，组装好的电池组在整个n年使用周期中不能有一颗电芯损坏短路，哪怕仅有一颗电芯损坏短路，轻则电池组报废，重则热失控起火，因此目前汽车电池组对电芯的质量要求很苛刻，现有模式下电池组成本较高。 5.特别适合储能站使用。一般来讲储能站的容量远大于汽车，正常都是库房里面搭建电池塔、电池架，容量大意味着一旦有电芯损坏，由于并联电芯较多往往后果严重，从目前实例来看，储能站一旦热失控，后果不是起火而是爆炸！此时“治未病”的需求显得格外迫切，巧合的是储能站一般空间较大，可以留下维护电池组的操作空间，非常适合使用本专利维护、切断单个电芯，从而增加储能站的安全性。
缺点是： 1. 检测线较多，bms负担较重，如果像特斯拉电池组那样几千节电芯，BMS可能难以承担，但是国内使用大单体电芯的电池组越来越多了，电芯数量大为减少，另一方面BMS功能也越来越强了，无线BMS也见到宣传，BMS将来应该能够承担。即使BMS承担不了每颗电芯，也可以分步走，比如原来12并，先改成6并2组，BMS进步了再4并3组，最终12颗全部单独检测，原则就是把BMS检测能力用足，只要并联电芯数量减少，安全性都在提高。 2. 因充电策略是BMS确保每一节电芯的电压不超过4.2伏，所以当电芯之间出现不均衡，需要进行均衡的电芯数量多，均衡电路比较庞大、复杂，所以特别适合换电模式，因为换电站可以配置有复杂均衡电路的充电装置，如果自己家庭充电，可能需要定期（一个月至半年）去充电站均衡充电。当然换电站如有维护功能，可在均衡的同时进行电池组维护，去除不良电芯，提高电池组的稳定性、安全性。
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