一文淺談電池包的SOH

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本期跟大家聊一聊電池包的 SOH，一起來學(xué)習(xí)交流吧！介紹電池包的 SOH 定義為電池健康狀態(tài)的定量指標(biāo)，并根據(jù)電池的壽命終止來確定。但是，并不是所有的業(yè)界專家都接受電池的壽命終止這種單一的定義。

因此，在業(yè)界也有不同的定義，比如：“日歷壽命”——用月或者年來表示電池的壽命。所以，電池的終止壽命也被認(rèn)為是基于時(shí)間周期。然而，我們也知道，電池的壽命也受不同的使用場景的影響。所以，另外一種電池壽命的定義也隨即提出——“循環(huán)壽命”。在第二種定義中，電池包的壽命通過電池包充放電模式的使用表示。此時(shí)，電池包的壽命計(jì)算是基于充放電的循環(huán)數(shù)的。當(dāng)負(fù)載條件一致并且可重復(fù)時(shí)，這種定義就可以拿來計(jì)算電池包 SOH 了。

電池健康狀態(tài)－SOH

如前面所說，SOH 的定義在業(yè)界是有異聲的，也就是存在不同的定義方式。SOH 指示的是剩余的電池壽命；然而，問題是并不是單一的關(guān)于電池終止壽命的定義被廣泛接受。為了澄清這一點(diǎn)，業(yè)界的一些通用的表達(dá)解釋如下：

日歷壽命（Calendar Life）

在此種定義中，電池的壽命，和它的壽命終止，用一系列的月數(shù)或者年數(shù)來代表。我們同意，跟其他的設(shè)備一樣，電池的使用壽命受到不同的使用場景的影響。當(dāng)然電池的壽命也可能比日歷預(yù)測的提前結(jié)束，因此，另外一種定義電池壽命的方式——循環(huán)壽命，被提了出來。

循環(huán)壽命（Cycling Life）

此種定義中，電池壽命計(jì)算取決于在給定條件下的電池可以維持的循環(huán)數(shù)。但是準(zhǔn)確的周期在電動汽車中又很難計(jì)數(shù)，因?yàn)轵?qū)動條件是可變的，因此電池?zé)o法定期循環(huán)。另一方面，充放電速率也會明顯影響到可用的循環(huán)數(shù)。此外，所有類似的電芯都不一定有相同的行為，不同電芯的可用循環(huán)數(shù)也不一樣。

基于容量衰減的 SOH 定義（Capacity Fade）

關(guān)于電池循環(huán)計(jì)數(shù)的實(shí)際限制，已經(jīng)有一些結(jié)論得出：我們需要一些其他的定量指標(biāo)來反應(yīng)電池的老化情況。例如：電池的容量衰減已經(jīng)在許多的研究中用作反應(yīng)電池老化的指標(biāo)。鋰離子電池的惡化也是始于電池生產(chǎn)制造之后由于電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。這個(gè)過程會導(dǎo)致電池內(nèi)部活性物質(zhì)的惡化，并且因此，電池的內(nèi)阻增加，這意味著電池內(nèi)部更多的損耗和容量的衰減。對電池容量進(jìn)行估算可以給我們傳達(dá)一些有用的信息。這樣我們可以通過對比電池的容量（Cbatt）和它的初始容量值（Cinit）來獲取電池的當(dāng)前的衰減程度。通常來說，我們認(rèn)為當(dāng)電池的終止壽命是當(dāng)前容量達(dá)到容量初始值的 80％的時(shí)候。SOH 可以用如下的公式來表示：SOH ＝ 1－ （Cinit－Cbatt）／0．2Cinit， 0．8Cinit ＜ Cbatt ＜ Cinit 這里，SOH 可以在 0—1 之間變化，0 意味著電池的壽命終止（Cbatt＝80％Cinit）。公式分母中的系數(shù) 0．2 來自于 Cinit－0．8Cinit＝0．2Cinit。

基于功率衰減的 SOH 定義（Power Fade）

電池 SOH 的另一個(gè)定義是基于“功率衰減”而不是容量衰減。這里指的是老化的過程如何降低電池的功率。電池直接可以傳送的功率取決于電池內(nèi)部的電阻。幾乎所有類型的電池的老化都會導(dǎo)致電池內(nèi)阻的增加。因此，我們可以用此參數(shù)來表示電池的 SOH。電池的內(nèi)阻越高，其可用的功率就越小。原因是較高的內(nèi)阻導(dǎo)致電池端子的電壓降比較高。我們假設(shè)一個(gè)簡單的電池模型，包含一個(gè)電阻（Ro）和一個(gè)電壓源（Voc）串聯(lián)，電池的終端電壓（Vt）的計(jì)算如下：（內(nèi)阻直接會影響到終端電壓的回落（Ro＊Io））Vt ＝ Voc － Ro＊Io

業(yè)界也有許多研究評估了電池老化對其內(nèi)阻的影響。比如：當(dāng)電池的歐姆內(nèi)阻達(dá)到初始化內(nèi)阻的兩倍時(shí)，我們可以認(rèn)為電池的 EOL 達(dá)到了。使用此種定義，電池 SOH 可以用下面的算式計(jì)算：

SOH ＝ 1 － （Rbatt － Rinit）／Rinit， Rinit ＜＝ Rbatt ＜＝ 2Rinit 這里，Rinit 是電池包的初始內(nèi)阻，Rbatt 是電池包的當(dāng)前階段的內(nèi)阻。相應(yīng)的 SOH 在 0—1 之間變化代表著電池的 BOL 和 EOL。

另外一份研究中，電池的 EOL 被定義為最大的功率（Pmax）將為原來的（Pinit）70％。公式表示如下：Pmax／Pinit ＝ Rinit／Rbatt 這里，Pinit 和 Rinit 是電池初始最大的功率和初始的歐姆內(nèi)阻，Pmax 和 Rbatt 是電池包一定數(shù)量的循環(huán)后的當(dāng)前最大功率和歐姆內(nèi)阻。

有文獻(xiàn)研究表明，電池的極化內(nèi)阻不是反應(yīng)電池老化的歐姆內(nèi)阻。

根據(jù)不同的電池包 SOH 的定義，不同技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于電池包 SOH 的估算。通常，上述提到的定義的一個(gè)或者組合與適當(dāng)?shù)臏y量和估算技術(shù)一起使用。好多文獻(xiàn)資料中提出了各種 SOH 的估算技術(shù)，考慮一個(gè)或多個(gè)電池參數(shù)，隨著電池老化而變化，以得到電池 SOH 的估算。

以上，就是本期主要分享的關(guān)于 SOH 的介紹，下一篇將給大家?guī)?SOH 的估算方法相關(guān)內(nèi)容。我們下期再見啦！

審核編輯 黃昊宇