具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

磷酸铁锂(以下简称LFP)电芯与镍钴锰(以下简称NMC)电芯或无钴电芯(以下简称NMx电芯)组成的混合模组相较于纯LFP模组和纯NMC模组具有显著优势。混合模组与纯LFP模组相比，混合模组的SOC、SOH等计算更准确，更容易实现BMS的有效管理，而且混串模组的能量密度和功率密度更高，能够提供更优异的驾驶体验。混合模组与纯NMC(或NMx)模组相比，混合模组的安全性更高，且不需要增加复杂的防热失控设计，单位瓦时的成本更低。混合模组通常采用一并多串或多并多串的方式。

本发明实施方式提供一种混合电池模组的电芯组合方法，所述混合电池模组包括LFP电芯和NMC电芯，所述方法包括：将LFP电芯和NMC电芯以先串联后并联的方式组合；或者将LFP电芯和NMC电芯以先并联后串联的方式组合。

在一种实施方式中，采用LFP电芯和NMC电芯以先串联后并联的方式进行组合。具体为，将LFP电芯和NMC电芯组成多个串联单元，其中每个串联单元包括至少一个由LFP电芯串联连接组成的第一子单元和至少一个由NMC电芯串联连接组成的第二子单元，再将多个串联单元以并联连接的方式组合成混合电池模组。其中，由LFP电芯串联连接组成的第一子单元包括至少一个LFP电芯，由NMC电芯串联连接组成的第二子单元包括至少一个NMC电芯，所述第一子单元的LFP电芯与所述第二子单元的NMC电芯间隔排布。

图2是本发明一种实施例提供的先串后并组合方式的示意图；

图3是本发明一种实施例提供的先串后并组合方式(LFP电芯与NMC电芯间隔串联)的示意图。

图2表示由LFP电芯和NMC电芯先串后并组成的多串两并模组，B_i为包含任意数量的LFP或NMC电芯的基本串联单元，S₁、S₂是由B_i串联而成的串联单元。S₁和S₂并联后得到多串两并的模组。需要说明的是，串联单元S_i的数量M≥1。举例而言，当B_i只包含一个电芯，且LFP电芯与NMC电芯间隔排布时，将得到图3所示的构型。图3中，C₁表示LFP电芯，C₂表示NMC电芯，或者C₂表示LFP电芯，C₁表示NMC电芯。

本实施例中，LFP电芯和NMC电芯均为方形形状。图1是方形电芯的外形示意图。参照图1，LFP电芯和NMC电芯均包括一顶面S1、一底面S4、两大面S3(面积最大)、两侧面S2。图2和图3中展示的均为电芯的大面S3相对进行串联的情况，在其它实施例中不同电芯也可以通过侧面S2相对进行串联。

在优选实施例中，由LFP电芯串联连接组成的第一子单元中的LFP电芯的数量与由NMC电芯串联连接组成的第二子单元中的NMC电芯的数量满足以下关系：

或者

其中，n_LFP表示所述第一子单元中的LFP电芯的数量，n_NMC表示所述第二子单元中的NMC电芯的数量，n_NMx表示所述第二子单元中的NMx电芯的数量。

例如，第一子单元中的LFP电芯的数量为7，第二子单元中的NMC电芯的数量为6；或者，第一子单元中的LFP电芯的数量为14，第二子单元中的NMC电芯的数量为12。

在另一实施例中，上述的NMC电芯可替换为NMx电芯(无钴电芯)。

在另一种实施方式中，采用LFP电芯和NMC电芯以先并联后串联的方式进行组合。具体为，将LFP电芯和NMC电芯组成多个并联单元，所述多个并联单元中至少有一个并联单元由LFP电芯并联连接组成，且至少有一个并联单元由NMC电芯并联连接组成。然后，将多个并联单元以串联连接的方式组合成混合电池模组，其中多个并联单元呈阵列排布。呈阵列排布的每一排电芯中LFP电芯的数量相同，每一排电芯中NMC电芯的数量相同。其中，呈阵列排布的每一排电芯中包括至少一个LFP电芯，或者每一排电芯中包括至少一个NMC电芯。

图4是本发明一种实施例提供的先并后串组合方式(各并联单元之间以大面相对的方式进行串联)的示意图；

图5是本发明一种实施例提供的先并后串组合方式(各并联单元之间以侧面相对的方式进行串联)的示意图。

参照图4和图5，LFP电芯与NMC电芯以先并后串的矩阵排布。其中，P_i,j为并联单元，下标i，j表示第i排、第j个并联单元，i≥1，j≥1。并联单元P_i,j可以是由纯LFP电芯并联而成，也可以是由纯NMC或NMx等电压单调变化的电芯并联而成。P_i,j中含有的LFP或NMC(NMx)电芯数量大于或等于1。并联单元P_i,j之间有两种连接方式，其中一种如图4所示，并联单元之间大面相对进行串联；另一种如图5所示，并联单元P_i,j之间侧面相对进行串联。因此，LFP电芯和NMC(NMx)电芯可以处于矩阵中任意的位置。

在另一实施例中，上述的NMC电芯可替换为NMx电芯。

为了使整个电池包中的空间利用率最高，LFP电芯与NMC(或NMx)电芯进行串并联组合时，电芯的尺寸需要从整体上进行匹配。对于先串后并方式，需保证每个串联单元S_i整体的尺寸完全相等，即各串联单元S_i中LFP电芯的数量相等，各串联单元S_i中NMC(或NMx)电芯的数量相等。同时，当LFP电芯与NMC(或NMx)电芯以大面相对进行串联时，大面要完全相等；当LFP电芯与NMC(或NMx)电芯以侧面相对进行串联时，侧面要完全相等。对于先并后串方式，需保证每一排电芯的整体尺寸完全相等，即每一排中LFP电芯的数量相等，每一排中NMC(或NMx)电芯的数量相等。同时，当LFP电芯与NMC(或NMx)电芯以大面相对进行串联时，大面要完全相等。

混合模组中LFP电芯和NMC(或NMx)电芯的数量可以按照比例进行搭配。对于先串后并方式，各个串联单元中LFP电芯的数量相同，各个串联单元中NMC电芯的数量相同，各个串联单元的电压相等。即各串联单元S_i中LFP电芯的数量相等且各串联单元S_i中NMC(或NMx)电芯的数量相等，并保证各串联单元S_i的电压相等。LFP电芯和NMC(或NMx)电芯的具体数量取决于混合模组的设计目的。例如，当混合模组的设计目的是改善LFP模组的能量密度、提升SOC计算精度、改进BMS的管理策略时，每个串联单元S_i至少含有一个NMC(或NMx)电芯；当混合模组的设计目的是改善NMC(或NMx)模组的安全性能时，每个串联单元S_i中则至少含有一个LFP电芯，用以隔离NMC(或NMx)电芯，抑制热失控的迅速蔓延、扩散。先串后并方式的一种特殊情况是，串联单元S₁仅由LFP电芯或NMC(或NMx)电芯组成，串联单元S₂仅由NMC(或NMx)电芯或LFP电芯组成，但S₁和S₂中电芯的数量不同。假设S₁由LFP串联而成，S₂由NMC(或NMx)串联而成，则S₁中LFP的数量与S₂中NMC(或NMx)电芯数量要满足以下关系：

或者

其中，n_LFP表示所述第一子单元中的LFP电芯的数量，n_NMC表示所述第二子单元中的NMC电芯的数量，n_NMx表示所述第二子单元中的NMx电芯的数量。

对于先并后串方式，各排LFP电芯的数量相等；各排NMC或NMx电芯的数量相等。LFP电芯和NMC或NMx电芯的具体数量取决于混串-并模组的设计目的。例如，当混串-并模组的设计目的为改善LFP模组的能量密度、提升SOC计算精度、改进BMS的管理策略时，每排中至少含有一个NMC或NMx电芯的并联单元P_i,j；当混串-并模组的设计目的为改善NMC或NMx模组的安全性能时，每排结构中则至少含有一个LFP电芯并联单元P_i,j，用以隔离NMC或NMx电芯，抑制热失控的迅速蔓延、扩散

从容量匹配上，混合电池模组的容量满足以下条件：

在N_LFP>N_NMC时，

在N_LFP≤N_NMC时，

其中，N_LFP表示所有串联单元的LFP电芯的总数量，N_NMC表示所有串单元的NMC电芯的总数量，表示单个LFP电芯的标称容量，表示单个NMC电芯的标称容量，f_LFP(t)表示LFP电芯容量的衰退函数，f_NMC(t)表示NMC电芯容量的衰退函数。其中，

从初始SOC匹配上，混合电池模组的初始SoC满足以下条件：

或者

即

其中，表示单个LFP电芯的标称容量，x₀表示单个LFP电芯的SOC，表示单个NMC电芯的标称容量，y₀表示单个NMC电芯的SOC。

为了实现对通过每个电芯的电流进行人为管控，本发明实施方式在混合电池模组中设置电流控制单元。

图6是本发明一种实施例提供的先串后并组合方式的电流控制单元的设置示意图。参照图6，对于先串后并的组合方式，在每个串联单元中串联电流控制单元。电流控制单元串联到串联基本单元S中，电流控制单元能够控制每个串联电路的电流，实时控制通过每个电芯的电流，实现每个电芯状态的主动控制。

图7是本发明一种实施例提供的先并后串组合方式的电流控制单元的设置示意图。参照图7，对于先并后串的组合方式，在每个并联单元中串联电流控制单元。电流控制单元串联到基本并联单元P中，电流控制单元可以控制每一个并联电路的电流，从而有效调控并联电芯的老化速率、温度分布等，提升模组的一致性。

本发明实施方式通过将LFP电芯与NMC(或NMx)电芯串并联，修饰LFP模组的电压曲线，从而更准确地计算电池模组的SOC、SOH，便于电池管理系统的管理；通过将LFP电芯与NMC(或NMx)电芯串并联，提升电池模组整体的能量密度，提升电池模组的低温性能。由于LFP电芯不易起火爆炸，将LFP电芯与NMC(或NMx)电芯串并联，可以有效阻隔NMC(或NMx)电芯热失控后的热蔓延，提升整个模组的安全性能，同时降低了热管理设计的难度。并且，LFP电芯的成本低于NMC电芯，混合模组的单位瓦时成本低于由纯NMC模组的单位瓦时成本。

本发明实施方式还提供一种混合电池模组，所述混合电池模组采用上述的混合电池模组的电芯组合方法制作而成。

本发明实施方式还提供一种电池包，所述电池包包括上述的混合电池模组。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。