BMS算法設計之電池SOH介紹（上）

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大家好，不知不覺，2020就過去大半了，真的是光陰似箭?。”酒诟蠹伊囊涣碾姵匕腟OH，一起來學習交流吧！介紹

電池包的SOH定義為電池健康狀態(tài)的定量指標，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為是基于時間周期。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，電池包的壽命計算是基于充放電的循環(huán)數(shù)的。當負載條件一致并且可重復時，這種定義就可以拿來計算電池包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，業(yè)界的一些通用的表達解釋如下

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，跟其他的設備一樣，電池的使用壽命受到不同的使用場景的影響。當然電池的壽命也可能比日歷預測的提前結(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)。但是準確的周期在電動汽車中又很難計數(shù)，因為驅(qū)動條件是可變的，因此電池無法定期循環(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)計數(shù)的實際限制，已經(jīng)有一些結(jié)論得出我們需要一些其他的定量指標來反應電池的老化情況。例如電池的容量衰減已經(jīng)在許多的研究中用作反應電池老化的指標。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)部的電化學反應的發(fā)生。這個過程會導致電池內(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。對電池容量進行估算可以給我們傳達一些有用的信息。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）來獲取電池的當前的衰減程度。通常來說，我們認為當電池的終止壽命是當前容量達到容量初始值的80％的時候。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)阻導致電池端子的電壓降比較高。我們假設一個簡單的電池模型，包含一個電阻（Ro）和一個電壓源（Voc）串聯(lián)，電池的終端電壓（Vt）的計算如下（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。比如當電池的歐姆內(nèi)阻達到初始化內(nèi)阻的兩倍時，我們可以認為電池的EOL達到了。使用此種定義，電池SOH可以用下面的算式計算

SOH ＝ 1 － （Rbatt － Rinit）／Rinit， Rinit ＜＝ Rbatt ＜＝ 2Rinit這里，Rinit是電池包的初始內(nèi)阻，Rbatt是電池包的當前階段的內(nèi)阻。相應的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)后的當前最大功率和歐姆內(nèi)阻。

有文獻研究表明，電池的極化內(nèi)阻不是反應電池老化的歐姆內(nèi)阻。下圖就顯示了在電池循環(huán)過程中其極化內(nèi)阻和歐姆內(nèi)阻的變化對比。結(jié)果表明，歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻相比有更高的敏感度。

根據(jù)不同的電池包SOH的定義，不同技術(shù)已經(jīng)應用于電池包SOH的估算。通常，上述提到的定義的一個或者組合與適當?shù)臏y量和估算技術(shù)一起使用。好多文獻資料中提出了各種SOH的估算技術(shù)，考慮一個或多個電池參數(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)鞸OH的估算方法相關(guān)內(nèi)容。我們下期再見啦！

參考資料知網(wǎng)、Energy期刊、相關(guān)書籍等