一种新型纯电动城市客车锂电池组的PACK及管理

一种新型纯电动城市客车锂电池组的PACK及管理

纯电动城市汽车已经成为新能源发展的重要战略之一，而已经投入运行的纯电动城市汽车取得了一定的效果，但也展现了许多问题，主要体现在电池组的续航能力和使用寿命上。本文中详细的说明其中存在的问题，并介绍新型的锂电池组的PACK及管理方式，希望对促进纯电动城市客车的发展有所裨益。

标签：纯电动城市客车；锂电池组；PACK及管理方式；

随着工业化进程发展，环境保护和新能源开发问题越来越受到大众关注，《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020 年）》的发布也使得将纯电驱动作为新能源的城市客车渐渐成为主要战略，要想更为顺利的发展新能源城市客车就需要对已有的运行情况进行总结，促进商业化转变。

1 总结纯电动城市客车发展情况

从2008年北京奥运会开始纯电动城市客车就出现在我们的视野中，迄今为止已经投入运行的纯电动城市客车不断增加，已有的运行经验发现其对环境的影响主要体现在城市角度，采用绿色能源可以很好的解决发电污染问题，且伴随着技术研发，运营效果渐入佳境，同时也表现出一系列的问题，主要有：①电池寿命衰减快，续航里程短，在北京奥运会中投入使用纯电动城市客车时就发现，每跑一圈就需要重新换电池；②使用寿命短，价格昂贵，在合肥投入使用的纯电动锂电池城市客车中发现无法使用8年，仅能运行2年，总体来说性价比很低；③换电过程需要较长的停车时间，大大降低了运营效率，实地调查青岛纯电动城市客车运行发现，充换电时间需要15分钟，加上排队等候时间，平均需要30分钟，给高效运行打来了阻碍[1]；④更换电池频度高，价格昂贵，一些地方的纯电动城市客车在运行不到两年的情况下就出现了电池问题，更换需要花费60万左右，极为不划算；整体上来说，纯电动城市客车很好的起到了保护环境的效果，但是却存在质量、效率和性价比问题，对此选择恰当的电池PACK方式和管理方式就显得尤为重要。

2 纯电动城市客车锂电池PACK方式

以常用的540VDC电压为例，下表1列出了纯电动城市客车的电池参数[2]，为提高纯电动城市客车的使用效率，需要不断开发电芯技术，并且做好有效PACK和管理工作，尽可能的增加电池组的续航里程和使用寿命，对此有两种PACK方式，下面将进行详细介绍。

2.1先并后串的PACK方式

此方式需要考虑到电池组的容量和电压，采用先并联后串联的PACK方式，下图1（a）为先并后串PACK方式示意图，这种方式有利有弊。以圆柱形电芯为例，需要较高的并联工艺，采用并联方式后失效的单个电池会自发退出，最终

会导致电池的容量受到影響，但使用不存在问题，散热效果佳，可以很好的适应各种各样的环境；而以方形电芯为例，具有较大的单体容量，不会发生外部并联，工艺相对简单，但是失效后会造成整体浪费，且由于自身发热不均会影响电池循环寿命，也不能应对各种环境；除上述问题外，在实际的运行中很容易出现某个单位电池短路的情况，此时其中的电流剧增，很容易出现电池燃烧或爆炸的事件，需要增加熔丝进行保护。

2.2先串后并的PACK方式

顾名思义，这种方式是先进行串联后并联的PACK方式，下图1（b）为先串后并PACK方式示意图，一般会选择串联到整组容量的1/3[3]，通过此法可以减少大容量电池组的故障率。以圆柱形电芯为例，本来作为一个整体的电池组被分为独立的三组电池组，容量也随之减少，即使其中某组发生故障，也不会影响整体电池的运行，相对来说工艺更为简单；以方形电池为例，也会被分为三组，出现故障的电池组会自动退出，也不会影响整体运行；这种方式很好的规避了故障造成了运行中断，但是需要更高的管理系统，当选择恰当的PACK和管理方式时，系统会主动评估弱势退出的电池小组并给予自动修补，很好的解决故障问题，增加充电容量和放电容量，使得城市客车的续驶里程得到增加，其更换修护也更为简捷。

3 纯电动城市客车锂电池组的管理方式

主动均衡技术是最为有效的电池管理技术，运行时单个模组中的（双向）直流转换器会将异常电池的电荷输入或输出，在电池管理系统母线的帮助下完成模组间传递，其主动均衡电流可达5A及以上，以90%以上的效率进行全时全组均衡。

前文中介绍的几种PACK方式都需要将电池并联运行，这就需要利用管理系统建立恰当的投入和退出机制，本文中介绍的这种新型纯电动城市客车运行办法中采用了先串后并的分组方式和主动均衡技术，二者的叠加使得整组电池的充电容量大大增加，其增加效率在10%以上，而此时还需要采取锂电池组并联运行控制策略，更好的辅助管理工作，以减少故障可能，确保续驶里程和循环使用寿命。

4 小结

锂电池技术还处于飞速发展中，采用先串再并的PACK方式、主动均衡和并联控制策略相结合的管理手段，可以增加纯电动城市客车的性价比，促进其商业化，是一种新型的、科学的运行手段。

参考文献：

[1] 仝瑞军，张志国，张泱渊.一种新型纯电动城市客车锂电池组的PACK及管理[J].客车技术与研究，2013，12（12）：112-114.

[2] 辛乃龙.纯电动汽车锂离子动力电池组热特性分析及仿真研究[M].吉林大学，2012，37（38）：247-248.

[3] 卢波.纯电动城市客车动力系统设计及试验研究[M].长安大学，2011，30（16）：196-198.