不同容量电池并串组合的可行性

不同容量，内阻电池并串组合的可行性1. 实验背景：公司现需要对在线运营的车辆进行整改,将原有钢板结构改为PCB板结构。由于车辆运行状况不同, 电池状态也不一致，主要是内阻及容量衰减状况不同。在进行配组组合时需要不同容量和内阻的电池 进行组合。2. 前期理论验证：依据：欧姆定律分别进行如下组合测试：实验设计：选二颗单体电池依次编号A （内阻为RA） ,B,（内阻为RB）三个一欧姆电阻R精度+-5% , 5V20A充电器一个，钳形表一个，电缆，鳄鱼夹若干。编号规格起始电压内阻A327503.2448.7 mQB327503.2469.2 mQ(c) (d)(a ) (b)项目a(A 串 2R,B 串 R)b(A 串 2R,B 串 R)电压电流电压电流A3.223V1.44A3.1683.04AB3.175V3.01A3.2321.48A项目c(A 串 2R,B 串 R)d(A 串 2R,B 串 R)电压电流电压电流A3.284V0.62A3.3001.43AB3.300V1.40A3.2870.64A结论： 显而易见排除设备精度误差，电池并联遵循并联电路欧姆定律。3. 推论：上述测试，可能是多此一举，但它提供了无可辩驳的实际依据。 由上述实验及欧姆定律可知：当排除制造流程所产生的阻值（连接件的阻值， 连接处的阻值）电池并 联电路中电池内阻和电池容量成反比;电池所分配的电流和电池内阻成反比，和容量成正比。4. 推论解释：现假设有一串电池为 20 并，电池规格为 3.2V5AH 内阻都为 10 毫欧，现在给其 100A 的电 流充电，则每颗电池通过的电流都为5A,我们可以把其中两颗看成一个整体，则其容量为10AH内阻 为5毫欧，通过的电流则为10A。出现这种现象我们可以通过电池内部结构来理解。同一厂家同一规 格，同一制程批次理论上外部影响因素是一样的或在一个可以承受的范围内，但其内部材料结构因素 的影响是一致的。电极材料的能量密度是不变的，当要制造同一容量的电池所需要的电极材料重量一 致，由G=V* p所以体积一致，电极开片长度一致，正负极对立面面积一致，内阻一致。电阻率是一致 的，所以对立面积和阻值成反比。制造容量更大的电池则需增加开片长度，随之对立面积增加内阻减 小。5. 推论的现实意义：制造工艺是一致的，因此合格的电池充放电曲线在理论曲线两边波动， 但波动范 围极小，可以理解为重合，所以剩余容量的百分比一致所表现的电压值一致。电池并联当存在压差时 会相互均衡，有电流就会有损耗。若电池充放电曲线偏差过大则会对整串并联电池造成影响。a. 以五洲龙336V100AH电池为例：一串20并的电池容量都为5AH若其中18颗电池内阻为8毫欧 到9豪欧之间 另外两颗为 20毫欧电池不会有问题；若其中 18颗电池内阻为 15毫欧左右，另外 两颗为 9毫欧左右，则这两颗电池的寿命会远远小于其他18颗电池，可能会在极短的时间内损毁 影响整个模块。b. 由充放电曲线可知，当剩余容量在相对范围内时电压差异很小，假设为 65%90%之间。当电 池容量一致但内阻差异较大的情况时我们仍然可以组合并联，但需要满足以下条件： 1.电池组不 用深度放电；2.配组时遵循 a 条件。所以混合动力可以，纯电动不行。c. 排除流程产生的阻值的情况下完全可以实行不同容量的电池配组并联，配组要求： Cn/Cx=Rx/Rn 即 Cn*Rn=Cx*Rx。不排除连接件产生的内阻差异则需要遵循a与b条件。6 串联电路的欧姆定律应用及需要注意的问题：电池不仅仅需要并联，还需要串联。电池串联电池组 容量遵循水桶原理以容量最小的一串电池为整组电池实际容量，所以配档时每串电池的容量波动范围 尽量做小。串联电路中每个节点流过的电流一致，电阻分配的电压与电阻成正比。设E1与E2分别为相邻两组电池的最后一串和第一串，内阻分别为R1与R2它们之间的串接线等效为电阻 R。由欧姆定律可得： U1=lxR1+UE1 U2=lxR2+UE2 U R=IxR U3=U2+UR=IxR2+UE2+lxR U4=U1+UR= IxR1+UE1+IxR在我们实际操作中我们采集到的E1的电压为U4，E2的电压为U3。 静止状态下电流I为0由可得U1=UE1 U3=UE2此时所采集到的电压就为电池实际电压。假设上述电池组为五洲龙336V100AH电池组充电电流为200A，R1为0.5mQ R为0.8mQ则式 可化为： U1=200Ax0.5mQ +UEl=100mv+UEl U2=20Ax0.8mQ +UE2=160mv+UE2 U R=200AR=200Rv U3=160mv+UE2+200Rv U4=100mv+UEl+200Rv由此我们可以清楚的看到采集到的E1电压U4比E1的实际电压UE1大100mv+200Rv而采集到的E2电压U3 比E2的实际电压UE2大160mv+200Rv。在连接电阻一致的情况下200A充电会造成两串电池采集压差60mv,采集到的电压与其真实值更是相差甚 远，而我们的管理系统，保护板在动态状况下是无法采集到电池的真实值的，。若电池内阻较大，或者相对 差值大将会影响管理系统及保护板的判定。当判定误差大时直接影响充放电容量,和电池运行状态范围。由上述阐述个人对科列均衡功能产生怀疑：它的均衡判定标准为电压差值,但这个差值在现实中可能绝 大多数是由于内阻及连接件分压不均造成的；其余可能才是由于电池剩余容量不等而产生。 结束语：不同容量,内阻电池并串组合是可行的,但并不能盲目随意,需要遵循一定的规则,考虑电池的 实际运用情况来决定并串组合的配组方案。重点推论：在通过单体电池电流的峰值在电池可接受范围内符 合Cn/Cx=Rx/Rn即Cn*Rn=Cx*Rx （现实中两者数值可偏差10%）即可配组并联。附注：需要考虑的因素：1. 电池SOC工作区间。混动SOC在60%-80% ；纯电动（包括电动自行车、玩具车）SOC在15%-95% 区间；备用电源SOC在80%-100%区间（个别情况需要3%-100%）；风光储能SOC在15%-100%区间。2. 电池工作电流。混合动力,纯电动大巴需要频繁的大电流充放电内阻对电池组的影响特别大。3. 保护系统类型。管理系统无法排除电池内阻（也包括连接线阻）对电池状况判定的影响。充放电电流 确定时,内阻直接影响放电容量。4. 库存电池现状。以现有的技术最小的代价发挥最大的效能。配组举例：336V100AH （五洲龙混合动力）（容量规格为5AH）每1.5 mQ为一档a. 17个7.0-8.5 mQ档电池和3个11.5-20 mQ的电池并联组合为单串b. 17个8.5-10 mQ档电池和3个11.5-20 mQ的电池并联组合为单串c. 17个10-11.5 mQ档电池和3个11.5-20 mQ的电池并联组合为单串根据各档电池数量选取a,b,c电池串数量进行串联组合。（a档与b档的内阻相差不能过大，因为大电流充 放电会使管理系统出现判定错误）此种配档方式可消耗掉一些大内组电池而且不会影响电池组寿命。上述问题仅为个人观点，由于知识面的局限性及数据验证的可信度的限制错误在所难免，仅供参考！PIE 部： 陶疆松2012-2-16