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摘要：通過室溫充放電容量及低soc脈沖放電測試分析電池管理系統（以下簡稱“BMS”）跨接采樣對Pack性能的影響，發現BMS有跨接采樣（YesCrosssampling）（以下簡稱“YCS”）和無跨接采樣（NoCrosssampling）（以下簡稱“NCS”）對Pack室溫放電容量基本無影響；低soc（2%soc，5%soc，10%soc）脈沖放電試驗發現：YCS放電末端壓差較NCS大，通過增加跨接銅排截面積，可有效減小脈沖放電末端壓差，提升Pack性能為結構布置提供參考。

關鍵詞：Pack；電池管理系統（BMS）；跨接采樣；壓差

引言

近年來，隨著電動汽車續航里程要求的不斷增加，Pack能量密度也不斷提升，在電池能量密度未獲得質的飛躍前，Pack能量密度僅通過堆疊更多電芯或模組來提高，電池管理系統（以下簡稱“BMS”）作為電池安全需要、延長電池使用壽命、提高電池組有效儲能及估算電池剩余能量方面顯得尤為重要[1-2]，BMS通過采樣芯片監控單體電池電壓、溫度，絕緣電阻等，一個BMS含有多個采樣芯片，由于前期電路布局及成本等諸多原因，導致一個采樣芯片可能出現跨接采樣（YesCrosssampling）（以下簡稱“YCS”），即在電芯與電芯間有長銅排連接（同一采樣芯片中），以模組1P4S，3個模組一個采樣芯片為例（如圖1所示）。M1，M2，M3電壓及溫度采集為一個采樣芯片，在M1與M2之間采用短I型銅排連接；M2與M3之間采用長折彎銅排連接，出現的YCS對電在Pack充電過程中，BMS采集的YCS電芯電壓會更快達到截止電壓（如圖2所示），單體電芯電動勢（電壓）U1=U2=U3，電阻R上所分得電壓：V′=IR，BMS采集電壓如下式：（1）（2）（3）V2是U2加電阻分壓，V2最先達到充電截止電壓；同理放電過程，V2是U2減電阻分壓，V2也最先達到放電截止電壓。同理歐姆定律，電流I一定，阻值越大其分壓也越大。以上分析可知，同一采樣芯片的電芯間YCS的存在，會導致充電更快達到充電截止電壓，放電更快達到放電截止電壓，這種情況對電池Pack性能（如放電容量、放電功率等）影響有多大？本文作者通過研究不同長度銅排分壓對同一采樣芯片YCS的影響、室溫充放電容量評估YCS對Pack充放電容量的影響；室溫脈沖功率評估對Pack末端壓差的影響；基于以上影響通過增加銅排截面積方案來驗證對YCS的補償，為Pack開發提供合理的布置方案建議。

1試驗

1.1樣品準備。實驗采用1P4S異側非對稱出極模組排布組成的Pack，3個模組一個BMS采樣芯片，如圖3布置，1、2號模組間用長度145mm，截面積（Crosssectionarea）54mm2（“以下簡稱CSA54”）的I型銅排連接；2、3號模組間用長度310mm，CSA54的折彎長銅排連接。

1.2實驗方法。測試條件：室溫（25±2℃）。測試設備：Digatron電池測試系統，8846A六位半精密數字多用表，液冷高低溫測試機。銅排分壓測試：在Pack內選取不同長度銅排布置電壓采集點，再進行大電流15s脈沖放電，測量在脈沖放電過程中不同長度銅排的分壓。室溫放電容量測試：按快充map充電至截止電壓4140mv；然后以1/3C倍率放電至截止電壓2800mv，計算室溫充放電容量。功率驗證測試：以恒流充電至截止電壓4140mv，然后用1/3C額定容量放電3*（100-n）/100h，調整至n%SOC（n=2，5，10），再分別以150A，300A，400A放電15s；測試充放電截止電壓及末端壓差。壓差補償測試：采用不同截面積（Crosssectionarea）（“以下簡稱CSA”）跨接銅排驗證對YCS壓差的補償，最大單體電壓為Vmax，最小單體電壓為Vmin銅排截面積表示方式如CSA54，即截面積為54mm2，同理CSA72截面積為72mm2，CSA108截面積為108mm2。

2YCS對電池Pack的性能影響

2.1不同長度銅排分壓。將圖3中4，5號模組間連接銅排換成長531mm，CSA54的折彎銅排，然后分別選取長度為145mm，310mm和531mm的銅排兩端，與電芯連接位置布置電壓采樣線，再以500A電流放電15s，其分壓見表1：從表1可知，銅排越短，分壓越小，這也完全符合歐姆定律；且隨著銅排長度和電流的變化，分壓也等比例變化；如電流降為200A，310mm長度銅排分壓約20mv，145mm分壓約9.4mv，這說明在BMS同一采樣芯片中電芯間連接銅排越短越好。

2.2對室溫充放電容量的影響。2.2.1充電容量曲線在大倍率充電階段，YCSVmax上升比NCS快，YCS-V-diff壓差也較NCS大，隨著充電倍率的減小，YCSVmax上升速率及V-diff壓差也逐漸減小，充電末端兩者基本一致。YCS充電容量為163.74Ah，NCS161.45Ah，兩者相差2.29Ah，初步分析原因為充電時YCS所用動力線纜較NCS更長，線阻大導致YCS充電容量較NCS小，如扣除線阻消耗，實際充電容量YCS與NCS基本一致，分析原因為該充電map隨電壓升高充電倍率是逐漸減小的，到達充電末端時充電倍率僅0.05C，如此小的倍率充電YCS基本沒有分壓，與NCS充電容量基本一致。由此可見YCS對充電容量基本無影響。2.2.2放電容量曲線放電過程中，YCS和NCS放電Vmin曲線基本一致，僅放電末端YCS的Vmax比NCS高，導致YCS放電末端壓差較NCS大，而放電容量YCS和NCS分別為160.68Ah、160.72Ah。（注：放電時YCS和NCS采用的通道均為NCS充電通道，線長一致，線阻一致）。由于放電末端YCS和NCS的Vmin基本一致，雖YCS壓差較NCS大，但對放電容量基本無影響。

2.3對室溫放電功率的影響。2.3.12%soc，150A放電15sYCS-CSA54放電末端Vmin為3000mv，Vmax為3095mv，壓差Diff-V95mv；NCS-CSA54放電末端Vmin為3085mv，Vmax為3157mv，壓差Diff-V72mv，YCS的放電末端Vmin比NCS低85mv。根據表1計算出YCS中2，3號模組間銅排分壓15mv，還差70mv為放電末端電芯壓差的貢獻。2.3.25%soc，300A放電15sYCS-CSA54放電末端Vmin為2861mv，Vmax為2982mv，壓差121mv；NCS-CSA54放電末端Vmin為2927mv，Vmax為3049mv，壓差122mv。根據表1計算出YCS中2，3號模組間銅排分壓30mv，但在該電流下放電末端截止電壓已接近2800mv，電芯間壓差的貢獻明顯大于銅排分壓，使得YCS和NCS末端壓差基本一致。2.3.310%soc，400A放電15sYCS-CSA54放電末端Vmin為2994mv，Vmax為3137mv，壓差143mv，NCS-CSA54放電末端Vmin為3007mv，Vmax為3110mv，壓差103mv。根據表1計算出YCS中2，3號模組間銅排分壓40mv，即為銅排分壓所致。

3不同CSA對YCS的壓差補償分析

將銅排截面積由CSA54依次增加為CSA72，CSA90，CSA108，分別對比2%soc，5%soc，10%soc三個功率點對壓差的補償作用，詳見表2：從表2可以得出，隨著銅排截面積的增加，2%soc，10%soc的15s功率放電末端壓差是呈減小的趨勢，且CSA108的15s放電末端壓差均小于CSA54；而5%soc的15s放電末端壓差隨著銅排截面積增加是基本不變的，原因為該soc放電截止電壓已接近電芯末端電壓2800mv，電芯本身末端壓差遠大于銅排分壓。通過以上分析，脈沖放電末端壓差與放電截止電壓有關，如放電末端電壓接近電芯截止電壓，增加CSA也不能減小壓差，而大于電芯截止電壓，通過增加CSA可有效改善壓差問題。從產品成本及性能角度考慮，可將跨接銅排截面積調整為CSA90。

4結論

（1）跨接銅排分壓隨銅排長度及放電電流的增加而增加。（2）BMS有跨接采樣（YCS）對Pack充放電容量基本無影響。（3）BMS有跨接采樣（YCS）對低soc脈沖放電末端壓差有一定影響，不同soc下脈沖放電電流的差異，是導致放電末端截止電壓及壓差不一致的主要原因。（4）脈沖放電末端壓差與放電截止電壓有關，如放電末端電壓接近電芯截止電壓，增加CSA也不能減小壓差，而大于電芯截止電壓，通過增加CSA可有效改善壓差問題。

作者:閔敏 別進浩 曾德文 丁茂家 占強 單位:威馬汽車科技集團