本文在簡(jiǎn)介鋰動(dòng)力電瓶單體串聯(lián)、單體并聯(lián)特點(diǎn)及特性基礎(chǔ)上串聯(lián)和并聯(lián)的特點(diǎn)和區(qū)別，重點(diǎn)闡述了鋰動(dòng)力電瓶模組先串后并、先并后串拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的異同點(diǎn)，剖析了串并聯(lián)鋰動(dòng)力電瓶模組應(yīng)用中的問題，闡述鋰動(dòng)力電瓶串并聯(lián)引出片和聯(lián)接片的焊接操作方式。
關(guān)鍵詞：特點(diǎn)、拓?fù)洹⑦B接
1.鋰動(dòng)力電瓶串并聯(lián)：
鋰動(dòng)力電瓶在純電動(dòng)車輛、電網(wǎng)儲(chǔ)能應(yīng)用中，將多個(gè)鋰動(dòng)力電瓶單體串聯(lián)以滿足電流需求（單體串聯(lián)，容量不變，電流疊加），將多個(gè)鋰動(dòng)力電瓶單體并聯(lián)上去（單體并聯(lián)，電流不變，容量疊加）滿足容量需求，大部份的物理電瓶都可以并聯(lián)使用，而鋰離子電瓶最適宜并聯(lián)使用。
（1）鋰動(dòng)力電瓶單體并聯(lián)特點(diǎn)：
鋰動(dòng)力電瓶單體并聯(lián)是指將多個(gè)鋰動(dòng)力電瓶單體首總理聯(lián)、尾尾相聯(lián)串聯(lián)和并聯(lián)的特點(diǎn)和區(qū)別，正式所有的鋰動(dòng)力電瓶單體的負(fù)極相連接，所有鋰動(dòng)力電瓶單體的正極相連接。；鋰動(dòng)力電瓶單體并聯(lián)的特征是：電流不變，電瓶容量相乘，電阻降低，可供電時(shí)間延長(zhǎng)。并聯(lián)電流等于鋰動(dòng)力電瓶單體電流：即Ua=Ub=Uc=Uo；電壓等于各鋰動(dòng)力電瓶單體電壓之和，即并聯(lián)可以提升總電壓。即Io=Ia+Ib+Ic。
由n節(jié)鋰動(dòng)力電瓶單體并聯(lián)的鋰動(dòng)力電瓶模組要達(dá)到與鋰動(dòng)力電瓶單體相同的充電效率，充電電壓應(yīng)為n個(gè)鋰動(dòng)力電瓶單體電壓之和，在歐姆定理：I=U/R的公式下，這個(gè)設(shè)計(jì)是合理的。并且并聯(lián)后的鋰動(dòng)力電瓶模組電阻也會(huì)起變化。
根據(jù)并聯(lián)電阻公式，兩個(gè)并聯(lián)鋰動(dòng)力電瓶單體的總電阻等于兩個(gè)鋰動(dòng)力電瓶單體電阻乘積與其電阻相乘之和的比值，并聯(lián)內(nèi)阻會(huì)隨著并聯(lián)鋰動(dòng)力電瓶單體數(shù)目的降低而遞減。所以，鋰動(dòng)力電瓶單體并聯(lián)充電的效率可以在電壓大于n個(gè)并聯(lián)鋰動(dòng)力電瓶單體電壓之和的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。
鋰動(dòng)力電瓶并聯(lián)的目的是為了降低容量，為此，鋰動(dòng)力電瓶并聯(lián)充電也與鋰動(dòng)力電瓶單體相比具有不同的設(shè)計(jì)特征，主要彰顯在充電電壓設(shè)計(jì)與并聯(lián)鋰動(dòng)力電瓶單體的一致性上。由于，一致性差的并聯(lián)鋰動(dòng)力電瓶單體會(huì)在充電過程中出現(xiàn)充不進(jìn)電或則過充現(xiàn)象，進(jìn)而破壞鋰動(dòng)力電瓶模組的結(jié)構(gòu)，影響鋰動(dòng)力電瓶模組的壽命。
為此，在選用并聯(lián)鋰動(dòng)力電瓶單體時(shí)應(yīng)防止將不同品牌、不同容量和不同新舊程度的鋰動(dòng)力電瓶單體混用。對(duì)鋰動(dòng)力電瓶單體一致性的內(nèi)在要求是：鋰動(dòng)力電瓶單體電流差≤10mV，電阻差≤5mΩ，容量差≤20mA。
（2）鋰動(dòng)力電瓶串聯(lián)特點(diǎn)：
鋰動(dòng)力電瓶串聯(lián)是指將鋰動(dòng)力電瓶單體的首尾相聯(lián)，即第一節(jié)鋰動(dòng)力電瓶單體的負(fù)極接第二節(jié)鋰動(dòng)力電瓶單體的正極，第二節(jié)鋰動(dòng)力電瓶單體的負(fù)極接第三節(jié)鋰動(dòng)力電瓶單體的正極依次類推；串聯(lián)的鋰動(dòng)力電瓶模組的電壓處處相等：Io=Ia=Ib=Ic；電流是各個(gè)鋰動(dòng)力電瓶單體端電流之和：Uo=Ua+Ub+Uc。
鋰動(dòng)力電瓶單體串聯(lián)上去使用時(shí)的基本要求是：電流要一致，電阻相差不超過5毫歐，容量相差不超過10毫安，并要保持鋰動(dòng)力電瓶單體聯(lián)接點(diǎn)的潔凈，每位聯(lián)接點(diǎn)都存在一定內(nèi)阻，假如聯(lián)接點(diǎn)不干凈或則降低聯(lián)接點(diǎn)，電阻會(huì)增高，會(huì)影響整個(gè)鋰動(dòng)力電瓶模組的性能。不要混用不同廠家的鋰動(dòng)力電瓶，要選擇性能一致性高的鋰動(dòng)力電瓶單體。
（3）鋰動(dòng)力電瓶串并聯(lián)特性：
1）要求鋰動(dòng)力電瓶單體具有高度的一致性（容量、內(nèi)阻、電壓、放電曲線、壽命），不管是軟包裝鋰動(dòng)力電瓶單體還是圓錐鋰動(dòng)力電瓶單體，都須要多串組合，假如一致性差，將影響鋰動(dòng)力電瓶模組容量，一組中容量最低的鋰動(dòng)力電瓶單體決定鋰動(dòng)力電瓶模組的容量。
2）鋰動(dòng)力電瓶模組的循環(huán)壽命高于鋰動(dòng)力電瓶單體的循環(huán)壽命。
3）在限定的條件下使用（包括充電、放電電壓，充電方法，氣溫等）。
4）通過串并聯(lián)構(gòu)成鋰動(dòng)力電瓶模組后，端電流及容量有很大提升，必須加以保護(hù)，對(duì)其進(jìn)行均衡徹底，并對(duì)氣溫、電壓及電壓進(jìn)行檢測(cè)。
5）通過串并聯(lián)構(gòu)成鋰動(dòng)力電瓶模組必須達(dá)到設(shè)計(jì)須要的電流、容量要求。
6）要求鋰動(dòng)力電瓶單體散熱良好。因?yàn)殇噭?dòng)力電瓶單體數(shù)目較多，在鋰動(dòng)力電瓶箱內(nèi)部的鋰動(dòng)力電瓶單體的溫升不容易散下來，導(dǎo)致各鋰動(dòng)力電瓶單體間的氣溫不均勻，放電特點(diǎn)不一，長(zhǎng)久導(dǎo)致鋰動(dòng)力電瓶單體性能增長(zhǎng)。
7）生產(chǎn)工藝水平高。鋰動(dòng)力電瓶要能承受顛簸橋面的震動(dòng)沖擊，對(duì)生產(chǎn)工藝尤其是焊接工藝要求高。釬焊完畢后進(jìn)行測(cè)試以防漏光、脫焊。
2.串并聯(lián)鋰動(dòng)力電瓶模組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
構(gòu)成鋰動(dòng)力電瓶模組的典型聯(lián)接形式有先并聯(lián)后串聯(lián)、先串聯(lián)后并聯(lián)，如圖1、2所示，混聯(lián)形式如圖3所示。純電動(dòng)公汽車用鋰動(dòng)力電瓶模組一般采用先并后串的聯(lián)接形式，電網(wǎng)儲(chǔ)能用鋰動(dòng)力電瓶模組常常采用先串后并的聯(lián)接形式。
（1）不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)異同點(diǎn)：
鋰動(dòng)力電瓶單體先并后串的缺點(diǎn)：因?yàn)殇噭?dòng)力電瓶單體電阻的差別、散熱不均等就會(huì)影響并聯(lián)后鋰動(dòng)力電瓶模組的循環(huán)壽命。
鋰動(dòng)力電瓶先并后串優(yōu)點(diǎn)：鋰動(dòng)力電瓶單體失效手動(dòng)退出，不僅容量增加，不影響并聯(lián)后使用；并聯(lián)中某個(gè)鋰動(dòng)力電瓶單體漏電時(shí)導(dǎo)致并聯(lián)電路電壓特別大，一般加熔斷保護(hù)技術(shù)防止。
鋰動(dòng)力電瓶先串后并優(yōu)點(diǎn)：按照鋰動(dòng)力電瓶單體容量先進(jìn)行串聯(lián)，如整組容量1/3，最后進(jìn)行并聯(lián)，增加了大容量鋰動(dòng)力電瓶模組的故障機(jī)率；先串后并對(duì)于鋰動(dòng)力電瓶模組一致性有挺好的幫助。
從鋰動(dòng)力電瓶模組聯(lián)接的可靠性以及電流不一致性發(fā)展趨勢(shì)和性能影響的角度剖析，先并聯(lián)后串聯(lián)聯(lián)接形式優(yōu)于先串聯(lián)后并聯(lián)聯(lián)接形式，而先串后并的鋰動(dòng)力電瓶拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有利于對(duì)系統(tǒng)各個(gè)鋰動(dòng)力電瓶單體進(jìn)行檢查和管理。
（2）應(yīng)用中問題剖析：
在鋰動(dòng)力電瓶模組使用過程中出現(xiàn)的鋰動(dòng)力電瓶單體過充電、過放電、超溫和過流問題，將造成鋰動(dòng)力電瓶模組使用壽命急劇減短甚至發(fā)生燃燒、爆炸等惡性車禍，鋰動(dòng)力電瓶模組使用壽命減短、安全性增長(zhǎng)早已成為阻礙其推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。
鋰動(dòng)力電瓶單體篩選和成組后的有效電瓶管理是提升鋰動(dòng)力電瓶模組性能的兩個(gè)重要方面，在串聯(lián)的鋰動(dòng)力電瓶模組中，因?yàn)殇噭?dòng)力電瓶單體容量、初始SOC、內(nèi)阻、極化的不一致性，在充放電過程中須要電瓶管理系統(tǒng)測(cè)量鋰動(dòng)力電瓶單體電流與充放電設(shè)備通訊以防部份鋰動(dòng)力電瓶單體的過充或過放。
串聯(lián)的鋰動(dòng)力電瓶模組在良好的電瓶管理?xiàng)l件下，可在使用過程中防止如大倍率電流放電、環(huán)境濕度過高等危機(jī)鋰動(dòng)力電瓶模組的安全運(yùn)行，串聯(lián)的鋰動(dòng)力電瓶模組不會(huì)由于聯(lián)接成組而導(dǎo)致快于鋰動(dòng)力電瓶單體的壽命衰退，并且部份鋰動(dòng)力電瓶單體性能的弱項(xiàng)效應(yīng)，會(huì)減少串聯(lián)的鋰動(dòng)力電池模組的容量借助率，可以通過帶均衡功能的電瓶管理系統(tǒng)增強(qiáng)。
在并聯(lián)的鋰動(dòng)力電瓶模組中因?yàn)榇蟮离妷涸獾酱蟮冷噭?dòng)力電瓶單體參數(shù)影響，成組后大道鋰動(dòng)力電瓶單體容量、初始SOC、內(nèi)阻和極化的差別會(huì)導(dǎo)致大道電壓工況的差別，大多數(shù)并聯(lián)大道的鋰動(dòng)力電瓶單體參數(shù)其實(shí)較為一致，整個(gè)充放電過程的平均電壓倍率與并聯(lián)的鋰動(dòng)力電瓶模組的外施電壓倍率差別不大，而且在鋰動(dòng)力電瓶模組的充放電電流平臺(tái)兩端的SOC區(qū)間產(chǎn)生的電壓差別較大。
比如在充電末端90％～100％SOC區(qū)間，因?yàn)槠脚_(tái)電壓差別的累積造成末端大道電壓的差別，非常容易出現(xiàn)部份鋰動(dòng)力電瓶單體欠充電，部份鋰動(dòng)力電瓶單體過充充電。
另外一個(gè)明顯的影響誘因就是并聯(lián)的鋰動(dòng)力電瓶模組因?yàn)閷?shí)際工況中存在動(dòng)態(tài)電壓工況(電動(dòng)車輛在加速、制動(dòng)以及轉(zhuǎn)速過程)形成了電壓環(huán)流，環(huán)流在一定程度的損傷了鋰動(dòng)力電瓶模組的壽命。假定l0000Wh的總充放能量會(huì)出現(xiàn)5Wh的環(huán)流，鋰動(dòng)力電瓶模組的循環(huán)壽命將比部份鋰動(dòng)力電瓶單體實(shí)驗(yàn)壽命增加5％左右。
在先串后并的聯(lián)接形式中，并聯(lián)大道的串聯(lián)部份鋰動(dòng)力電瓶單體數(shù)量越多，整條大道部份鋰動(dòng)力電瓶單體參數(shù)如電阻、極化更接近統(tǒng)一批次部份鋰動(dòng)力電瓶單體參數(shù)平均值的整數(shù)倍，并聯(lián)大道的容量差別和初始SOC差別成為引起并聯(lián)電壓不平衡的主要誘因。同一批次部份鋰動(dòng)力電瓶單體參數(shù)正態(tài)分布在先串后并的各個(gè)環(huán)路當(dāng)中，明顯減少了整個(gè)串并聯(lián)鋰動(dòng)力電瓶模組的電壓不平衡程度。
當(dāng)少數(shù)鋰動(dòng)力電瓶單體性能增長(zhǎng)時(shí)，比如兩個(gè)環(huán)路各是256串，第一個(gè)環(huán)路有5個(gè)鋰動(dòng)力電瓶單體容量增長(zhǎng)5％，并且該大道剩余251個(gè)鋰動(dòng)力電瓶單體與第二個(gè)環(huán)路服從相同分布，因?yàn)榇?lián)的鋰動(dòng)力電瓶模組整體的正態(tài)分布沒有遭到明顯影響，這么這兩個(gè)環(huán)路的電壓分布應(yīng)當(dāng)沒有明顯改變，當(dāng)充電或則放電過程進(jìn)行到5個(gè)性能較差的鋰動(dòng)力電瓶單體電流達(dá)到截至條件時(shí)，整個(gè)串并聯(lián)的鋰動(dòng)力電瓶模組也達(dá)到了截至條件，將造成鋰動(dòng)力電瓶模組容量借助率增加5％左右。
在這些情況下電瓶管理均衡器的效率和均衡能力決定了鋰動(dòng)力電瓶模組的性能，當(dāng)不同批次鋰動(dòng)力電瓶單體同時(shí)工作時(shí)，為增加鋰動(dòng)力電瓶單體運(yùn)行成本，在可控和可預(yù)計(jì)的范圍內(nèi)將出現(xiàn)不同批次、新舊老化程度不同、支路容量差別或則梯次借助篩選分類的鋰動(dòng)力電瓶單體串聯(lián)大道并聯(lián)工作情況，因?yàn)椴煌蟮冷噭?dòng)力電瓶單體參數(shù)、不同成組形式形成較大的差別，可通過對(duì)串并聯(lián)的鋰動(dòng)力電瓶模組的建模仿真，預(yù)測(cè)不同成組方式的電壓不平衡的程度，不同參數(shù)分布、串聯(lián)大道的自身特點(diǎn)及其并聯(lián)后的耦合特點(diǎn)決定了鋰動(dòng)力電瓶模組的容量借助率，以及大道電壓不平衡、電流平衡時(shí)間等鋰動(dòng)力電瓶模組的循環(huán)穩(wěn)定性。
3.鋰動(dòng)力電瓶串并聯(lián)引出片與聯(lián)接片焊接操作方式
鋰動(dòng)力電瓶引出片與聯(lián)接片的作用是將鋰動(dòng)力電瓶單體經(jīng)串并聯(lián)構(gòu)成鋰動(dòng)力電瓶模組，鋰動(dòng)力電瓶一般采用焊接引出片與聯(lián)接片工藝，鋰動(dòng)力電瓶焊接引出片和聯(lián)接片的方式如下：
1）將雙頭脈沖點(diǎn)焊機(jī)的電源開關(guān)按向“開”的位置，開啟電源。
2）確認(rèn)鋰動(dòng)力電瓶設(shè)備各參數(shù)已調(diào)試好,根據(jù)參數(shù)設(shè)定表，打算好物料和相關(guān)工具。調(diào)試鋰動(dòng)力電瓶點(diǎn)焊機(jī)設(shè)備參數(shù)時(shí)必須符合品質(zhì)要求，能夠進(jìn)行點(diǎn)焊車載操作。焊接鋰動(dòng)力電瓶時(shí)必須注意焊接拉力，拉力值需在品質(zhì)檢查范圍之內(nèi)。
3）拿起一鋰動(dòng)力電瓶單體，正極端頂部朝上，拿一引出片，引出片帶圓孔端在外，將引出片焊接于鋰動(dòng)力電瓶正極端中間位置。
4）將鋰動(dòng)力電瓶單體轉(zhuǎn)過去，引出片朝內(nèi)，拿一聯(lián)接片，將聯(lián)接片擺放于引出片的前面，將聯(lián)接片焊接于鋰動(dòng)力電瓶單體正極端中間位置，與引出片成仍然線。
5）拿起另一鋰動(dòng)力電瓶單體，正極端頂部朝上，將第一鋰動(dòng)力電瓶單體的聯(lián)接片外露一端點(diǎn)焊于第二鋰動(dòng)力電瓶單體的正極端頂部中間位置。
6）將串聯(lián)焊接好的鋰動(dòng)力電瓶單體擺放于壓合治具上，使勁將各鋰動(dòng)力電瓶單體朝中間壓合，使兩鋰動(dòng)力電瓶單體緊密結(jié)合在一起，兩鋰動(dòng)力電瓶單體成仍然線。
7）將壓合好的鋰動(dòng)力電瓶組從壓合治具上取出，步入下一工序，關(guān)掉點(diǎn)焊機(jī)電源開關(guān)。
鋰動(dòng)力電瓶焊接引出片與聯(lián)接片時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
1）引出片、連接片的尺寸須符合材料BOM尺寸。
2）焊點(diǎn)不能有漏焊、虛焊、炸火、明顯毛刺等不良現(xiàn)象。
3）引出片、連接片每處焊點(diǎn)數(shù)不多于6點(diǎn)。
4）焊接操作時(shí)不能使面墊開裂,如有開裂現(xiàn)象須重貼面墊再作業(yè)。
5）當(dāng)點(diǎn)焊機(jī)銅針針尖發(fā)黑時(shí)，用挫刀將銅針黑點(diǎn)挫去再重新焊接作業(yè)。
6）如遇點(diǎn)焊機(jī)有漏油等異常現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉點(diǎn)焊機(jī)電源開關(guān)。