1-串并联电动汽车电池包的电位均衡测试--李朱光

1、串并联电动汽车电池包的电位均衡测试李朱光 王璟琳 曾伟 肖飞（国家电动汽车试验示范区管理中心汕头 515065）摘要：本文探讨串并联模式下电位均衡对蓄电池包整体性能的影 响，重点研究并联模式下对电池组成和连接导线的具体要求， 否则会 是什么结果， 并联蓄电池包为什么得慎重使用， 并联后蓄电池包的整 体效果是什么等， 结合实验室电动汽车运行试验做相关测评来实际验 证实验所测得的试验数据。关键词：蓄电池包、串联与并联、电位均衡、测试Series and parallel electric vehicle batterypack 's potential equalization testL

2、izhuguang Wangjinglin Zengwei Xiaofei（Adminstration Center of China EV Test and Demonstration Zone Shantou 515065） Abstract This article discusses the series and parallel mode potential equalization on overall battery pack performance, focuses on the parallel mode of battery components and connectin

3、g wires to the specific requirements, otherwise, what would be the result of parallel battery pack Why was careful to use them together after battery pack What is the effect of the overall, and so on, combined with laboratory tests to run electric vehicles to do the survey related to the actual expe

4、rimental measurements to verify the test data.Keywords: battery pack 、 Series and parallel、 potential equalization 、 test1 前言以往，在串联、并联和混联三种连接模式中，人们对电动汽车蓄电池包的连 接方式大多偏向于采用高压低电流的串联连接方式； 而今，另一种设计理念， 采 用趋向于安全电压范围内低压大电流的并联 （实际上是混联连接先串联， 再 由多组串联蓄电池组并联组成混联蓄电池包）连接方式正逐渐为人们所接受。蓄电池包整体性能的一致性取决于组成蓄电池包的各个模块的一致性， 蓄

5、电 池模块性能的一致性又取决于构成模块中的每一蓄电池单体的一致性。 由于无法消除蓄电池各生产工艺所存在的控制误差，难以确保每一蓄电池单体的一致性。充放电过程中各个蓄电池模块（包括单体）的不一致势必造成对蓄电池包整体性 能的影响；而储能装置（蓄电池包）的外露导电部分的电联接所产生电位不均衡 更加剧了蓄电池包整体性能的衰减，这就是本文重点讨论的电位均衡 问题。本试验研究采用实际运行试验与实验室台架测试交替进行的试验方法。先由2个48v200Ah蓄电池包并联组成 48v400Ah混联蓄电池包，再改串联组成 96v200Ah串联蓄电池包，最后筛选并剔除失效蓄电池单体，重新串联组成 84v200Ah串联

6、蓄电池包，分别完成实际装车运行试验与实验室测试。2并联蓄电池包实验室测试与装车实际运行试验并联蓄电池包要求构成蓄电池包的各个蓄电池模块具备良好的一致性（其中包括OCV、SOC 等），蓄电池包外露导电部分的电联接同样需满足相关电位均衡 要求，组成并联蓄电池包的各个蓄电池包间的连接导线要求保持一致且线阻必须 满足或接近标准要求。否则，蓄电池包中模块或单体的不一致性，外露导电部分的电联接的不均衡将导致蓄电池包整体性能急剧衰退！2.1并联蓄电池包定期3hr容量监测电动汽车48v400Ah整车蓄电池包3hr容量测试记录表1序号日期公里表读数（km）Ahwh备注12008.05.231080314.031

7、4516.4822008.06.051323379.517757.5675%电量显示32008.06.081423302.314122.38发热/充电机不自停从表1中可以明显看出电池容量在使用初期（1300km内）有一个上升过程，这是铅酸蓄电池的工作特性。虽然电池加液后已经进行过十几个充放电循环， 但是电池的充分活化仍3#要个过程。#2.2并联蓄电池包实际运行试验一致性故障分析及相关应急措施投放于实际运行中的蓄电池包本身对其构成的单体有严格的一致性要求。样车运行不到2000km，整车蓄电池包整体性能急剧下降。受电池包中各个蓄电池 单体的不一致性影响（如表3和图1所示），充电蓄电池包出现严重发热

8、现象（电 能转化为热能），而电池组间单只电池排列过于紧凑，电池散热部分存有缺陷， 导致电池在充电时温度急剧攀升，伴随充电机充电不自停（设置控制失效），电池包整体性能急剧下降。采取相应的应急措施：优选目前为大多数人们所接受的“温度补偿”法。充 电过程给蓄电池包加装风扇抽风，模块间设置通风通道，对蓄电池包进行风冷处 理。改进后，实测得进/出风道风口的温升高达3C（A T三3C）。类似的优化设 计在丰田RAV4EV蓄电池包上采用过，而目前较科学合理的设计方案是采用半 导体制冷的均衡充电方法充分利用蓄电池模块自身过充电发热所产生的热 能来对模块自身制冷降温，实验室测试的效果十分明显，同等试验条件下，采

9、用 半导体均衡与没有采用该方法的温降效果远超过10C（A T>10C）。2.3实验室并联蓄电池包电位平衡与不平衡的对比测试2.3.1不同阻值连接导线导致同一并联电路中一个蓄电池包给另一蓄电池包做充 电补偿（从一开始形成闭合回路起，具体表现在I工0），导线不均衡导致电池包充放电不均衡（电流成倍差异）；而配置阻值基本一致的连接导线的并联电路中， 则没有出现类似的现象，具体表现在试验开始前和结束后均达到I二0,并且耗能 基本一致。电动汽车储能装置电位平衡试验数据记录表2并联蓄电池 包Ocv=52.6v-133.2A-200A-150A-50A0A.、八 刖电位 不 平衡52.6v48A/工0A

10、后52.82v72A/.、八 刖电位 平衡52.8v59.76A48.26v86A49.21V63.38A50.74v23.45A47.84v/0A/5.39kw后52.6v60.35A48.25v96.97A49.27V69.15A50.9v22.09A48.05v/0A/5.3kw注：电位不平衡一一原车导线串联分流器，没考虑电位平衡电位平衡一一换大截面导线使前后蓄电池包联接导线基本一致2.3.2蓄电池包整体性能急剧下降整体蓄电池包的运行故障，1400km后的整车蓄电池包 30%的1hr试验表明， 采用不均衡连接模式运行试验的蓄电池包中各个单体出现严重的不一致性， 如表 3和图1所示，蓄电池

11、包中个别电池单体已经出现反极现象。串联蓄电池包中电池单体反极电压纪录表3Aux(V)4Aux(V)7Aux(V)18Aux(V)19Aux(V)48Aux(V) -0.543v-0.628v-0.513v-0.5389v-0.0815v5蓄电池包30%的1hr试验曲线)Alt-250Curre nt(A), Aux_Voltage (V)_1, Aux_Voltage (V)_2, Aux_Voltage (V)_3, Aux_Voltage (V)_4, Aux_Voltage (V)_5,Aux_Voltage (V)_6, Aux_Voltage (V)_7, Aux_Voltage (

12、V)_8, Aux_Voltage (V)_9, Aux_Voltage (V)_10, Aux_Voltage(V) 11, Aux Voltage (V) 12, Aux VoltageUA o- XUA 04 x_y(eamov XUA n eaaov X UA _U1 x_vveaarhov XUA x_y(eamov XUA 00 edcu-ov XUA 7_)edcu.ov _ UA -b xvveaarr ftv XUA -b x_( edcu-ov XUA _ UA xvveaarr ftv XUA oz x_( edcu-ov XUA _ UA 3J3 2 2 1 1 o3o

13、 o3 5o o7 9o12-o32- 1-001 Curren t(A) 1-001 Aux_Voltage (V)_11-001 Aux_Voltage (V)_21-001 Aux_Voltage (V)_3 1-001 Aux_Voltage (V)_4 1-001 Aux_Voltage (V)_5 1-001 Aux_Voltage (V)_6 1-001 Aux_Voltage (V)_71-001 Aux_Voltage (V)_81-001 Aux_Voltage (V)_91-001 Aux_Voltage (V)_101-001 Aux_Voltage (V)_111-0

14、01 Aux_Voltage (V)_121-001 Aux_Voltage (V)_131-001 Aux_Voltage (V)_141-001 Aux_Voltage (V)_15-1-001 Aux_Voltage (V)_161-001 Aux_Voltage (V)_171-001 Aux_Voltage (V)_181-001 Aux_Voltage (V)_191-001 Aux_Voltage (V)_20 1-001 Aux_Voltage (V)_21Test Time(s)图1上述试验表明,整体性能急剧下降后蓄电池包 30%的1hr试验曲线原车并联蓄电池包整体性能衰减快

15、，内耗大，分析其中原因,电位不均衡是关键!由于忽视了 “电位平衡”作用，采用阻值不一致的联接导线,致使试验样车整车并联蓄电池包在充放电过程中电位高/容量足（充得较饱）的蓄电池包给电位较低的蓄电池包做补偿 实际测试结果正如表1所示，样车整 体容量急剧衰退与原车前后并联的 2个蓄电池包采用的联接导线不一致有关。 这种不一致引发的充放电效果可由表 2所测试的试验数据来校正，同样的试验表 明：在电位均衡条件下，电流和电压的一致性较好，容量和能量基本一致。3实验室串联蓄电池包电位平衡与不平衡的对比测试剔除表3 （已有部分蓄电池单体出现放电反极）中失效蓄电池单体，重新配 组串联组成84v200Ah串联蓄电

16、池包，为增强对比效果，用作电位不平衡测评的 前后蓄电池包连接导线串接2.0 Q线阻（电阻箱提供），并在后串联蓄电池包的第 34与35只单体间串联0.3Q线阻；用钳表监测进出整车蓄电池包以及前后蓄电 池包2.0 Q联接线阻处和单体间0.3 Q串联线阻处的电流值进行比较 电动汽车储能装置电位平衡试验数据记录表4-1电流 0A-50A-100A-150A-200A-133.3A风扇-133.3A0A风扇0A6刖43.8V31.05V32.05V34.08V38.98V41.77V41.34V43.71V43.61V后44.1v36.55V35.21V36.94V39.52V42.31V41.87V4

17、4.09V43.99V总88.0V68.19V68.00V71.00V79.78V84.99V/电流5A50A100A150A200A/刖41.36V43.98V46.12V47.67V49.63V/后42.42V44.43V46.44V47.95V49.89V/总84.56V87.99V93.90V95.90V99.65V/注：电位平衡一一前后蓄电池包联接导线线阻基本满足标准要求 电动汽车储能装置电位平衡试验数据记录表4-2电流0A5A10A-10A-10A-10A0A刖43.9V43.88V44.22V43.36V43.2V43.12V43.38V后44.2V44.32V44.54V43.

18、76V43.56V43.48V43.74V总88.1v96.58V103.4V70.070.0V70.0V87.7V线压降0v8.4v14.66V16.47V/8.7 A17.02V/8.9A17.05V/9.0A0v注：电位不平衡一一前后蓄电池包联接导线间串2.0Q线阻储能装置（串联蓄电池包）的外露导电部分的电联接所产生电位不均衡对整 体蓄电池包性能的影响满足以下等式：U总=U前+ U后-u线压降 .当前、后蓄电池包连接线采用标准范围内（v 0.1Q ）阻值时，U线压降几乎可 忽略不计，正如表4-1所测得结果所示，与表4-2比较少了充放电线压降这一项； 当连接线不采用标准范围内阻值时，则U线压降工0。试验表明，逐渐增大蓄电池包间的连接线阻值到2.0Q，此时整体蓄电池包将无法实现50A以上电流的充放 电试验。具体表现在：一开始充电，电压马上超出充电机对蓄电池包的充电控制 电压；同样的，一开始放电，电压马上下降到蓄电池包最低放电电压以下，