新闻资讯述锂电池健康状态(SOH)的定义和影响因素

　　锂电池健康状态(SOH)的定义和影响因素

　　锂电池的老化是一个长期渐变的过程，电池的健康状态受温度、电流倍率、截止电压等多种因素影响。目前电池健康状态的研究和建模分析等已有一定成果，相关的研究包括电池退化机理与老化因素分析、电池的健康管理、电池状态监测与估计、电池寿命预测等。

　　SES Power早在十多年前就推出了众多的带有SOC、SOH功能的智能锂电池产品，比如家庭储能系统HESS(3KW 、5KW逆变输出)，可以远控控制的12V100Ah，24V100Ah的磷酸铁锂电池，通讯基站的货架式储能48V50Ah、48V100Ah，当然，定制的锂离子电池更加需要SOC、SOH的参数，因为这些定制产品能够在-60度环境下使用、-40摄氏度正常使用。下面，我们来讲解一下SOH的有关知识。

　　A：SOH的定义

　　SOH指的是电池的健康状态，一般以百分比的形式表示电池从寿命开始到寿命结束期间所处的状态，这是定量描述当前电池的性能状态。

　　不同的厂家会对SOH有不同的具体定义，缺乏统一，目前SOH的定义主要体现在容量、电量、内阻、循环次数和峰值功率等几个方面。

　　a1 容量定义SOH：

　　采用电池容量衰减定义SOH的最多，给出的 SOH定义如下：

　　式中：Caged为电池当前容量;Crated为电池额定容量。

　　a2 电量定义SOH

　　用电量定义SOH与容量定义相似，因为电池的额定容量有实际有效容量和最大容量，电池的实际容量与标称额定容量有些差异。

　　式中：Qaged-max为当前电池最大放电电量;Qnew-max为新电池最大放电电量。

　　a3 内阻定义SOH

　　电池的内阻增大是电池老化的重要表现，也是电池进一步老化的原因，不少锂电池厂商采用内阻定义SOH。

　　式中：REOL为电池寿命结束时的内阻;Rc为当前电池的内阻;Rnew为新电池的内阻。

　　a4 剩余循环次数定义SOH

　　除了采用容量和内阻等电池性能指标定义SOH外，也有锂电池厂商用电池剩余的循环次数定义电池的SOH。

　　式中：Cntremain为电池剩余循环次数;Cnttota为电池的总循环次数。

　　以上4种电池的SOH定义在市场中较为常见。容量和电量定义可操作性强，容量为电池的外在表现，内阻和剩余次数定义的可操作性不强， 剩余循环次数和总循环次数无法准确预测。

　　B：锂电池健康状态影响因素

　　普遍认为锂离子沉积、SEI膜增厚和活性物质损失等是造成电池老化和容量衰减的主要原因。锂电池的滥用会加速电池老化，电池的正常使用也会影响电池健康状态。

　　b1 温度对电池SOH的影响

　　温度通常被认为是影响电池健康状态的主要因素。温度对电池的性能有双重影响，一方面高温会加快电池内部的化学反应速度，提升电池的效率和性能，另一方面是高温会加速一些不可逆的化学反应发生，造成电池的活性物质减少，引起电池 的老化和容量衰减。

　　b2 电流倍率对电池SOH的影响

　　充放电过程中的电流倍率会影响电池的寿命，以三种不同放电倍率对18650 电池进行300次循环实验， 其电池容量分别衰减9.5%、13.2%和16.9%，电池内阻分别增加12.4%、18.3%和27.7%，同时高倍率放电会在电池内部产生更多的热量，加速电池老化， SEI膜比低倍率放电的要厚。

　　b3 放电深度对电池SOH的影响

　　放电深度对电池健康有影响，有观点认为电池有累计的总转移能量。通过对锂电池不同放电深度的循环测试，分析电池的累积转移能量与电池容量衰减之间的关系，得出电池容量衰减到85%之前，电池累计转移的能量在深充深放与浅充浅放这两种模式下基本相同，当电池容量衰减到85%~75%时，电池累计转移的能量和能量效率上深充深放模式都优于浅充浅放的模式。

　　SES Power对于这个结论有着真实体会，因为我们为了满足对性价比非常在乎的客户，很多时候会采用退役的梯次方形锂电池，但是这些电池通常都会衰减到一个程度的了，我们必须设计合理的充电、放电模式，以加长电池的真实使用寿命。

　　b4 循环区间对电池SOH的影响

　　充电、放电的循环区间不同其实对应的电池内阻也不一样，因此循环过程中电池发热和反应略有不同，因此有专家建议电池SOC范围在20%~80%，这样有利于电池健康和循环寿命。

　　b5 充放电截止电压对电池SOH的影响

　　电池的过充和过放都会对电池健康产生影响，不恰当的电压上限和电压下限对电池都有影响。放电截止电压越低，电池内阻越大，造成电池内部发热，同时引起副反应增加，电池加速老化和容量衰减。过高的充电截止电压引起电池内阻增大，电池内部发热增加，产生“析锂”现象以及相应的副反应增加，影响电池的容量和老化。

　　综上，电池运行的温度、充放电倍率、放电深度、循环区间和充放电截止电压等都会对电池的健康状态和寿命产生影响。这些影响因素对电池老化的定量分析以及各因素相互耦合关系是锂电池厂商研究的重点。

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