关于电芯先串后并/先并后串成组可靠性和安全的比较

这个问题在初入行时比较困扰，现在也没有完全思考清楚，文章写得比较早，有些不正确的地方还请斧正。

通常来讲，电动汽车所需要的能量系统电压往往达到数百V，而电流也需要几十或上百安培，这就需要对现有的电芯进行串关连：基本的原理是并联以满足容量、电流要求；串联以满足电压要求。

总的来讲，电池组的连接方案共有3种：先串后并、先并后串、串并混合。

在进行电池组的方案选择时重点考虑快充、成本和安全可靠性。

一些典型车辆的电池系统成组方式（此处串并不分先后）：

• Model3 LR: 96s46p

• Model S 85kWh: 96s74p

• Jaguar I-PACE: 108s4p

• Audi e-tron: 108s4p

• Leaf-2011: 96s2p

• BMW i3 :96s1p

对于不同的串并成组方式，可以从可靠性、安全性和电芯管理成本BMS等角度来分析。

可靠性分析：

m个元器件串联成子系统，再由n个子系统关联成系统，则系统可靠性为：

m个元器件并联成子系统，再由n个子系统串联构成系统，则系统的可靠性为：

假设每个电芯的可靠性相同，Ri=0.99，以Audi e-tron系统为例，共有432个电芯组成，如果（1）先串后并，108个电芯串联后再4组并联，

2）先并后串，4个电芯先并联后，再108组电芯串联，

以看出：

先串后并的连接方式，系统整体的可靠性会小于单体电芯；

先并后串的连接方式，系统的整体可靠性会大于单体电芯。

安全性分析：

对于系统来讲，电芯故障的两个极端情况为：断路、短路。

对先串后并的电路来讲，由于先串的过程中，电路的电压增大，当某个电芯断路时，此时电池包电压不变，但断路电芯所在支路不参加工作，整个电池包内阻会增加、容量减少。而断路电芯两端的有可能形成高电压，进而产生电弧的危害。当电芯短路时，此电芯所在的支路仍可以继续参加工作，由于电压降低，使其他支路对此支路进行放电，由于仅有一个电芯的压降差，所以回路电流不会很大，此种情况不会造成很大危害。

对先并后串的电路来讲，在并的过程中，电压不会增加，所以当某个电芯断路时，没有电弧的危害，但是电芯短路的危害就比较大。因为当并联某电芯发生短路时，其他所有的并联电芯会对此进行放电，由于电芯的内阻通常都是毫欧级，所以此时短路电流会达到上百安，有甚者会达到上万安培，瞬间的过流极有可能造成电池熔化起火，从而引起成火灾事故。此外，并联电路形成的环流，虽然在一定程度上有均衡作用，但由于环流基本不受监控，可能存在不确定的风险。

电芯管理成本

先串后并的电池组，需要更多的传感器、布线，BMS通道多，成本高；先并后串，并联的电芯当成一个，监控及BMS通道简单、少，成本低。

其他：

过流能力：这个因素主要是对于有快充需求或高功率需求时，要重点考察的因素，先串后并的系统过流能力强，先并后串的系统过流能力不容易提高。

对于先串的方式，还要注意到整个串联下来的模块电压最好处于安全电压范围内，以方便装配和生产；对于先并的方式，要考虑到当电芯短路时，其他电芯所放能量是否会引起热失控。

综合以上，串并基本方式的对比如下：