1. 電壓不平衡的表現(xiàn)形式

磷酸鐵鋰電池組電壓不平衡在實際使用中有多種具體表現(xiàn)。其中最明顯的是單體電池間電壓差異明顯。在正常工作狀態(tài)下，單體電池間的電壓差應不超過 0.1V。如果超出這個范圍，就可能出現(xiàn)電壓不平衡的情況。例如，在對電池組進行監(jiān)測時，會發(fā)現(xiàn)部分電池的電壓明顯高于或低于其他電池。這種電壓差異可能會隨著使用時間的增加而逐漸擴大。

2. 對電池性能的影響

電壓不平衡會對磷酸鐵鋰電池的性能產(chǎn)生多方面不良影響。首先，對電池循環(huán)壽命有顯著影響。電池充放電效率受到電壓差的影響，當單體電池的電壓差過大時，某些電池可能會面臨過度充電或放電的情況。這兩種情況都會加速電池的老化，從而顯著降低其循環(huán)壽命。正常情況下，磷酸鐵鋰電池能夠?qū)崿F(xiàn)超過 2000 次充放電循環(huán)，但如果電壓不平衡問題嚴重，循環(huán)壽命可能會大幅縮短。

其次，電壓不平衡會影響能量利用率。在電池組中，各個單體電池的電壓差會影響到整個系統(tǒng)的能量利用效率。當電壓差增大時，部分電池可能無法正常提供能量，從而導致整體效率降低，進而影響設備的性能。

3. 安全風險

電壓不平衡可能引發(fā)嚴重的安全隱患。當電壓差過大時，可能導致一些電池單體產(chǎn)生異常發(fā)熱。如果這種情況持續(xù)發(fā)展，甚至可能引發(fā)熱失控和爆炸等危險情況。特別是在高負荷或高溫環(huán)境下，這種安全風險更加突出。因此，保持電池組內(nèi)部單體電池的電壓平衡至關重要。例如，在一些實際案例中，由于沒有及時處理電壓不平衡問題，導致電池組在使用過程中發(fā)生過熱甚至起火，給使用者帶來了巨大的損失。

二、磷酸鐵鋰電池組電壓不平衡原因

1. 電極反應速率差異

磷酸鐵鋰電池的正負極材料在反應速率上存在差異。正極反應速率較快，而負極反應速率較慢。在電池充放電過程中，這種反應速率的不同會導致電池內(nèi)部正負極之間的電壓不平衡。例如，當電池充電時，正極材料迅速接收電子，而負極材料的反應相對滯后，使得正負極之間的電勢差逐漸增大。隨著使用時間的增加，這種差異會不斷累積，最終導致電池組電壓不平衡。

2. 電解液濃度差異

電池內(nèi)部電解液的濃度分布不均勻是造成壓差的重要原因之一。電極附近的電解液濃度較高，而遠離電極的區(qū)域濃度較低。這是因為在充放電過程中，離子在電解液中的遷移速度有限，無法保證電解液濃度的均勻分布。這種濃度差異會影響離子的傳輸速率，進而造成電極之間的電壓差。例如，濃度高的區(qū)域離子傳輸速度快，電極反應相對活躍，電壓較高；而濃度低的區(qū)域則相反，電壓較低。

3. 電池內(nèi)部電阻差異

電池內(nèi)部的接觸電阻和內(nèi)部電阻等因素會導致電場分布不均勻，從而引發(fā)壓差問題。內(nèi)部電阻的存在使得電流在電池內(nèi)部流動時會產(chǎn)生能量損耗，導致不同位置的電壓不同。例如，電阻較大的區(qū)域電流通過時會產(chǎn)生較大的壓降，使得該區(qū)域的電壓相對較低；而電阻較小的區(qū)域電壓則相對較高。這種不均勻的電場分布會隨著使用時間的增加而加劇，進一步增大壓差。

4. 電池老化

隨著使用時間的增加，電池老化過程會對壓差產(chǎn)生顯著影響。電池內(nèi)部的電解液會發(fā)生變化，如水分的揮發(fā)、電解質(zhì)的分解等，這些變化會影響離子的傳輸速率和電極反應。同時，正極材料的結(jié)晶也會導致電池內(nèi)部壓力增大，進而影響電池的性能。例如，老化的電池在充放電過程中，由于電解液的變化和正極材料的結(jié)晶，會使得電池的內(nèi)阻增大，電壓下降速度加快，從而加劇壓差問題。

5. 電池不均衡

單體電池之間的電壓不均勻是壓差增大的重要原因。在電池組中，由于各個單體電池的生產(chǎn)工藝、使用環(huán)境等因素的不同，其性能會存在一定的差異。例如，一些單體電池可能在生產(chǎn)過程中存在微小的缺陷，導致其容量、內(nèi)阻等參數(shù)與其他電池不同。在使用過程中，這些差異會逐漸放大，使得單體電池之間的電壓不均勻，進而導致整個電池組的壓差增大。

三、磷酸鐵鋰電池組如何檢測電壓不平衡

1. 電壓不一致檢測方法

在檢測磷酸鐵鋰電池組的電壓不一致性時，可以采用以下方法。在化成后，讓電池經(jīng)歷同樣的充放電過程，然后靜置足夠時間，并確保在同樣的環(huán)境溫度下，將待評價電芯充電到相同的 SOC。此時測量其開路電壓，所體現(xiàn)出來的電壓差距，就是單體電芯的電壓不一致性。有研究表明，單體電芯的開路電壓符合正態(tài)分布，這意味著我們所有提高一致性的努力，只能改變參數(shù)的集中度。

2. 內(nèi)阻不一致檢測方法

電芯內(nèi)阻是電芯功率特性的重要表征，也是電芯成組后，電芯性能參數(shù)進一步離散化的原因之一。內(nèi)阻不一致可以造成溫升不一致，進而引發(fā)其他參數(shù)進一步離散化。通過檢測電芯內(nèi)阻，可以分析其對溫升及其他參數(shù)離散化的影響，從而判斷電池組的一致性。例如，當內(nèi)阻較大時，電流通過會產(chǎn)生較大的壓降，導致該區(qū)域的溫度升高，與其他區(qū)域形成差異。

3. 容量不一致檢測方法

容量一般都會作為電芯分組的初選內(nèi)容，是電芯不一致最重要的參數(shù)表現(xiàn)。按照目前的壽命衡量標準，可用容量和壽命緊密聯(lián)系在一起。造成容量不一致的原因很多，且多數(shù)都是制造過程的不一致的結(jié)果?？梢酝ㄟ^對電池進行充放電測試，記錄不同電芯的容量變化，來檢測容量不一致性。

4. 溫升不一致檢測方法

每只電芯內(nèi)部電化學物質(zhì)制造過程對發(fā)熱量有影響，同時，每一只電芯在鋰離子電池組中所處位置不同，造成其散熱條件的差異，最終也會導致電芯溫升不一致。例如，內(nèi)阻較大的電芯發(fā)熱量大，而處于散熱不良位置的電芯溫度也會較高?？梢酝ㄟ^溫度傳感器監(jiān)測每只電芯的溫度變化，來檢測溫升不一致性。

四、磷酸鐵鋰電池組電壓不平衡解決方法

1. 容量不足單體的處理

對于放電電壓低的單體，可進行單獨容量測試。如果容量正常，無需更換?？梢允褂帽Ｗo板有均衡電路的方法，采取淺放勤充的策略。保護板的均衡電路雖然均衡速度較慢，但多進行幾次充電放電過程，看看能否使電壓達到一致。例如，在實際操作中，可以先將電池充滿電，然后進行小電流放電，重復這個過程，有助于提高電池的一致性。

2. 并聯(lián)處理

單元電壓低的和電壓高的可以進行并聯(lián)處理。這種方法可以在一定程度上解決電壓不平衡的問題。例如，可以按照以下步驟進行操作：首先，確定電壓低和電壓高的單體電池，然后將它們通過合適的連接方式進行并聯(lián)。在并聯(lián)過程中，要注意連接的穩(wěn)定性和安全性，避免出現(xiàn)短路等問題。并聯(lián)后，電壓高的電池會向電壓低的電池放電，強制實現(xiàn)均衡。但如果并聯(lián)后仍然不能達到一致，可能是電池的內(nèi)阻已經(jīng)增大，需要考慮更換電池。

3. 充電器調(diào)整

合理選擇充電器對于解決磷酸鐵鋰電池組電壓不平衡問題非常重要。例如，可以使用 3.65 的充電器。在整組電池充滿后，測量單體電壓落后的電池，對其進行補充電，將落后的電池全部補滿。待電量用完后，再整組充滿并補充落后的單體。如此循環(huán)幾次后，再使用保護板進行均衡。如果單體差異太大，還是及早更換為好。此外，為了提高充電效果，可以選擇原廠的專用充電器，避免使用劣質(zhì)充電器對電池造成損害。同時，要注意充電環(huán)境的溫度，避免在過高溫度下充電，以免影響電池性能。

五、磷酸鐵鋰電池組的維護與電壓平衡

1. 安裝注意事項

在安裝磷酸鐵鋰電池組時，有以下幾個重要事項需要注意。首先，安裝前必須測量開路電壓，開路電壓差不能大于 50mV，并做好電池測試記錄。這是因為如果開路電壓差異過大，可能會導致電池組在使用過程中出現(xiàn)電壓不平衡的問題。其次，由于磷酸鐵鋰電池組在出廠時一般是 60% 左右的荷電量，且如果安裝日期距出廠日期時間較遠，電池組經(jīng)過長期自放電，容量會有損失。所以，安裝初始時應對鋰電池組進行補充電。此外，用假負載可以對電池組按 0.1C10 (A) 和 0.2C5 (A) 小時率進行容量試驗，放電過程中必須嚴格檢測電池單體電壓，確保電池性能符合要求。

2. 工作環(huán)境要求

磷酸鐵鋰電池組的運行環(huán)境對其性能和壽命有著重要影響。室溫溫度不宜超過 55℃，建議環(huán)境溫度保持在 0℃～55℃之間。這是因為過高的溫度會加速電池老化，降低電池性能，甚至可能引發(fā)安全問題。同時，要避免陽光對電池直射，朝陽窗戶應作遮陽處理，防止電池因過熱而受損。此外，還應確保鋰電池組之間預留足夠的維護空間，以便在需要時進行檢查和維護。

3. 使用注意事項

在使用磷酸鐵鋰電池組時，不同規(guī)格、不同型號的電池禁止在同一直流供電系統(tǒng)中使用，新舊程度不同的蓄電池也不應在同一直流供電系統(tǒng)中混用。如果具備動力及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)，應通過該系統(tǒng)與電池管理系統(tǒng)（BMS）實時對電池組的總電壓、電流、單體模塊電壓、溫度、容量進行監(jiān)測。同時，通過電池監(jiān)測裝置了解電池充放電曲線及性能，定期進行實際測量，發(fā)現(xiàn)故障及時處理。

4. 經(jīng)常檢查項目

應經(jīng)常檢查磷酸鐵鋰電池的極柱、連接條是否松動，是否有損傷、變形或腐蝕等現(xiàn)象。連接處有無松動，電池殼體有無損傷、滲漏和變形，電池及連接處溫升是否異常。根據(jù)廠家提供的技術參數(shù)和現(xiàn)場環(huán)境條件，檢查電池組及單體模塊電壓是否滿足要求，檢測電池組間歇浮充時的充電電流是否在要求的范圍內(nèi)。檢測電池組的充電限流值設置是否正確，儉測電池組的低壓告警和高壓告警設置是否正確。

5. 充電和浮充電壓要求

磷酸鐵鋰電池組間歇式充電壓一般設置為單體電池 3.60～3.76V，高壓直流輸出電壓為 278V。每月應測量電池組電壓和單體電池的端電壓與電池監(jiān)控顯示對比，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。同時，要合理選擇充電器，如使用 3.65 的充電器，在整組電池充滿后，測量單體電壓落后的電池，對其進行補充電，將落后的電池全部補滿。待電量用完后，再整組充滿并補充落后的單體。如此循環(huán)幾次后，再使用保護板進行均衡。如果單體差異太大，還是及早更換為好。此外，為了提高充電效果，可以選擇原廠的專用充電器，避免使用劣質(zhì)充電器對電池造成損害。同時，要注意充電環(huán)境的溫度，避免在過高溫度下充電，以免影響電池性能。

1. 電壓不平衡的表現(xiàn)形式

磷酸鐵鋰電池組電壓不平衡在實際使用中有多種具體表現(xiàn)。其中最明顯的是單體電池間電壓差異明顯。在正常工作狀態(tài)下，單體電池間的電壓差應不超過 0.1V。如果超出這個范圍，就可能出現(xiàn)電壓不平衡的情況。例如，在對電池組進行監(jiān)測時，會發(fā)現(xiàn)部分電池的電壓明顯高于或低于其他電池。這種電壓差異可能會隨著使用時間的增加而逐漸擴大。

2. 對電池性能的影響

電壓不平衡會對磷酸鐵鋰電池的性能產(chǎn)生多方面不良影響。首先，對電池循環(huán)壽命有顯著影響。電池充放電效率受到電壓差的影響，當單體電池的電壓差過大時，某些電池可能會面臨過度充電或放電的情況。這兩種情況都會加速電池的老化，從而顯著降低其循環(huán)壽命。正常情況下，磷酸鐵鋰電池能夠?qū)崿F(xiàn)超過 2000 次充放電循環(huán)，但如果電壓不平衡問題嚴重，循環(huán)壽命可能會大幅縮短。

其次，電壓不平衡會影響能量利用率。在電池組中，各個單體電池的電壓差會影響到整個系統(tǒng)的能量利用效率。當電壓差增大時，部分電池可能無法正常提供能量，從而導致整體效率降低，進而影響設備的性能。

3. 安全風險

電壓不平衡可能引發(fā)嚴重的安全隱患。當電壓差過大時，可能導致一些電池單體產(chǎn)生異常發(fā)熱。如果這種情況持續(xù)發(fā)展，甚至可能引發(fā)熱失控和爆炸等危險情況。特別是在高負荷或高溫環(huán)境下，這種安全風險更加突出。因此，保持電池組內(nèi)部單體電池的電壓平衡至關重要。例如，在一些實際案例中，由于沒有及時處理電壓不平衡問題，導致電池組在使用過程中發(fā)生過熱甚至起火，給使用者帶來了巨大的損失。

二、磷酸鐵鋰電池組電壓不平衡原因

1. 電極反應速率差異

磷酸鐵鋰電池的正負極材料在反應速率上存在差異。正極反應速率較快，而負極反應速率較慢。在電池充放電過程中，這種反應速率的不同會導致電池內(nèi)部正負極之間的電壓不平衡。例如，當電池充電時，正極材料迅速接收電子，而負極材料的反應相對滯后，使得正負極之間的電勢差逐漸增大。隨著使用時間的增加，這種差異會不斷累積，最終導致電池組電壓不平衡。

2. 電解液濃度差異

電池內(nèi)部電解液的濃度分布不均勻是造成壓差的重要原因之一。電極附近的電解液濃度較高，而遠離電極的區(qū)域濃度較低。這是因為在充放電過程中，離子在電解液中的遷移速度有限，無法保證電解液濃度的均勻分布。這種濃度差異會影響離子的傳輸速率，進而造成電極之間的電壓差。例如，濃度高的區(qū)域離子傳輸速度快，電極反應相對活躍，電壓較高；而濃度低的區(qū)域則相反，電壓較低。

3. 電池內(nèi)部電阻差異

電池內(nèi)部的接觸電阻和內(nèi)部電阻等因素會導致電場分布不均勻，從而引發(fā)壓差問題。內(nèi)部電阻的存在使得電流在電池內(nèi)部流動時會產(chǎn)生能量損耗，導致不同位置的電壓不同。例如，電阻較大的區(qū)域電流通過時會產(chǎn)生較大的壓降，使得該區(qū)域的電壓相對較低；而電阻較小的區(qū)域電壓則相對較高。這種不均勻的電場分布會隨著使用時間的增加而加劇，進一步增大壓差。

4. 電池老化

隨著使用時間的增加，電池老化過程會對壓差產(chǎn)生顯著影響。電池內(nèi)部的電解液會發(fā)生變化，如水分的揮發(fā)、電解質(zhì)的分解等，這些變化會影響離子的傳輸速率和電極反應。同時，正極材料的結(jié)晶也會導致電池內(nèi)部壓力增大，進而影響電池的性能。例如，老化的電池在充放電過程中，由于電解液的變化和正極材料的結(jié)晶，會使得電池的內(nèi)阻增大，電壓下降速度加快，從而加劇壓差問題。

5. 電池不均衡

單體電池之間的電壓不均勻是壓差增大的重要原因。在電池組中，由于各個單體電池的生產(chǎn)工藝、使用環(huán)境等因素的不同，其性能會存在一定的差異。例如，一些單體電池可能在生產(chǎn)過程中存在微小的缺陷，導致其容量、內(nèi)阻等參數(shù)與其他電池不同。在使用過程中，這些差異會逐漸放大，使得單體電池之間的電壓不均勻，進而導致整個電池組的壓差增大。

三、磷酸鐵鋰電池組如何檢測電壓不平衡

1. 電壓不一致檢測方法

在檢測磷酸鐵鋰電池組的電壓不一致性時，可以采用以下方法。在化成后，讓電池經(jīng)歷同樣的充放電過程，然后靜置足夠時間，并確保在同樣的環(huán)境溫度下，將待評價電芯充電到相同的 SOC。此時測量其開路電壓，所體現(xiàn)出來的電壓差距，就是單體電芯的電壓不一致性。有研究表明，單體電芯的開路電壓符合正態(tài)分布，這意味著我們所有提高一致性的努力，只能改變參數(shù)的集中度。

2. 內(nèi)阻不一致檢測方法

電芯內(nèi)阻是電芯功率特性的重要表征，也是電芯成組后，電芯性能參數(shù)進一步離散化的原因之一。內(nèi)阻不一致可以造成溫升不一致，進而引發(fā)其他參數(shù)進一步離散化。通過檢測電芯內(nèi)阻，可以分析其對溫升及其他參數(shù)離散化的影響，從而判斷電池組的一致性。例如，當內(nèi)阻較大時，電流通過會產(chǎn)生較大的壓降，導致該區(qū)域的溫度升高，與其他區(qū)域形成差異。

3. 容量不一致檢測方法

容量一般都會作為電芯分組的初選內(nèi)容，是電芯不一致最重要的參數(shù)表現(xiàn)。按照目前的壽命衡量標準，可用容量和壽命緊密聯(lián)系在一起。造成容量不一致的原因很多，且多數(shù)都是制造過程的不一致的結(jié)果。可以通過對電池進行充放電測試，記錄不同電芯的容量變化，來檢測容量不一致性。

4. 溫升不一致檢測方法

每只電芯內(nèi)部電化學物質(zhì)制造過程對發(fā)熱量有影響，同時，每一只電芯在鋰離子電池組中所處位置不同，造成其散熱條件的差異，最終也會導致電芯溫升不一致。例如，內(nèi)阻較大的電芯發(fā)熱量大，而處于散熱不良位置的電芯溫度也會較高。可以通過溫度傳感器監(jiān)測每只電芯的溫度變化，來檢測溫升不一致性。

四、磷酸鐵鋰電池組電壓不平衡解決方法

1. 容量不足單體的處理

對于放電電壓低的單體，可進行單獨容量測試。如果容量正常，無需更換?？梢允褂帽Ｗo板有均衡電路的方法，采取淺放勤充的策略。保護板的均衡電路雖然均衡速度較慢，但多進行幾次充電放電過程，看看能否使電壓達到一致。例如，在實際操作中，可以先將電池充滿電，然后進行小電流放電，重復這個過程，有助于提高電池的一致性。

2. 并聯(lián)處理

單元電壓低的和電壓高的可以進行并聯(lián)處理。這種方法可以在一定程度上解決電壓不平衡的問題。例如，可以按照以下步驟進行操作：首先，確定電壓低和電壓高的單體電池，然后將它們通過合適的連接方式進行并聯(lián)。在并聯(lián)過程中，要注意連接的穩(wěn)定性和安全性，避免出現(xiàn)短路等問題。并聯(lián)后，電壓高的電池會向電壓低的電池放電，強制實現(xiàn)均衡。但如果并聯(lián)后仍然不能達到一致，可能是電池的內(nèi)阻已經(jīng)增大，需要考慮更換電池。

3. 充電器調(diào)整

合理選擇充電器對于解決磷酸鐵鋰電池組電壓不平衡問題非常重要。例如，可以使用 3.65 的充電器。在整組電池充滿后，測量單體電壓落后的電池，對其進行補充電，將落后的電池全部補滿。待電量用完后，再整組充滿并補充落后的單體。如此循環(huán)幾次后，再使用保護板進行均衡。如果單體差異太大，還是及早更換為好。此外，為了提高充電效果，可以選擇原廠的專用充電器，避免使用劣質(zhì)充電器對電池造成損害。同時，要注意充電環(huán)境的溫度，避免在過高溫度下充電，以免影響電池性能。

五、磷酸鐵鋰電池組的維護與電壓平衡

1. 安裝注意事項

在安裝磷酸鐵鋰電池組時，有以下幾個重要事項需要注意。首先，安裝前必須測量開路電壓，開路電壓差不能大于 50mV，并做好電池測試記錄。這是因為如果開路電壓差異過大，可能會導致電池組在使用過程中出現(xiàn)電壓不平衡的問題。其次，由于磷酸鐵鋰電池組在出廠時一般是 60% 左右的荷電量，且如果安裝日期距出廠日期時間較遠，電池組經(jīng)過長期自放電，容量會有損失。所以，安裝初始時應對鋰電池組進行補充電。此外，用假負載可以對電池組按 0.1C10 (A) 和 0.2C5 (A) 小時率進行容量試驗，放電過程中必須嚴格檢測電池單體電壓，確保電池性能符合要求。

2. 工作環(huán)境要求

磷酸鐵鋰電池組的運行環(huán)境對其性能和壽命有著重要影響。室溫溫度不宜超過 55℃，建議環(huán)境溫度保持在 0℃～55℃之間。這是因為過高的溫度會加速電池老化，降低電池性能，甚至可能引發(fā)安全問題。同時，要避免陽光對電池直射，朝陽窗戶應作遮陽處理，防止電池因過熱而受損。此外，還應確保鋰電池組之間預留足夠的維護空間，以便在需要時進行檢查和維護。

3. 使用注意事項

在使用磷酸鐵鋰電池組時，不同規(guī)格、不同型號的電池禁止在同一直流供電系統(tǒng)中使用，新舊程度不同的蓄電池也不應在同一直流供電系統(tǒng)中混用。如果具備動力及環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)，應通過該系統(tǒng)與電池管理系統(tǒng)（BMS）實時對電池組的總電壓、電流、單體模塊電壓、溫度、容量進行監(jiān)測。同時，通過電池監(jiān)測裝置了解電池充放電曲線及性能，定期進行實際測量，發(fā)現(xiàn)故障及時處理。

4. 經(jīng)常檢查項目

應經(jīng)常檢查磷酸鐵鋰電池的極柱、連接條是否松動，是否有損傷、變形或腐蝕等現(xiàn)象。連接處有無松動，電池殼體有無損傷、滲漏和變形，電池及連接處溫升是否異常。根據(jù)廠家提供的技術參數(shù)和現(xiàn)場環(huán)境條件，檢查電池組及單體模塊電壓是否滿足要求，檢測電池組間歇浮充時的充電電流是否在要求的范圍內(nèi)。檢測電池組的充電限流值設置是否正確，儉測電池組的低壓告警和高壓告警設置是否正確。

5. 充電和浮充電壓要求

磷酸鐵鋰電池組間歇式充電壓一般設置為單體電池 3.60～3.76V，高壓直流輸出電壓為 278V。每月應測量電池組電壓和單體電池的端電壓與電池監(jiān)控顯示對比，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。同時，要合理選擇充電器，如使用 3.65 的充電器，在整組電池充滿后，測量單體電壓落后的電池，對其進行補充電，將落后的電池全部補滿。待電量用完后，再整組充滿并補充落后的單體。如此循環(huán)幾次后，再使用保護板進行均衡。如果單體差異太大，還是及早更換為好。此外，為了提高充電效果，可以選擇原廠的專用充電器，避免使用劣質(zhì)充電器對電池造成損害。同時，要注意充電環(huán)境的溫度，避免在過高溫度下充電，以免影響電池性能。

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審核編輯 黃宇