聚合物電芯or18650電芯？移動(dòng)電源類型選擇方法
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-05 16:44
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綜合國內(nèi)外對(duì)電池SOH 的估計(jì)方法研究，本文介紹兩種國際上比較認(rèn)可的主流方法。
1、基于經(jīng)驗(yàn)的方法
基于經(jīng)驗(yàn)的電池壽命預(yù)測方法也稱為基于統(tǒng)計(jì)規(guī)律的方法，主要包括以下三種：
1) 循環(huán)周期數(shù)法
這種方法是通過對(duì)電池的循環(huán)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)電池的循環(huán)次數(shù)到達(dá)一定的范圍時(shí)，就認(rèn)為電池到達(dá)使用壽命。這種方法需要考慮不同循環(huán)條件、循環(huán)狀態(tài)等因素對(duì)循環(huán)壽命的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)二者共同確定電池壽命。
2) 安時(shí)法與加權(quán)安時(shí)法
一個(gè)電池從新到老充電、放電整個(gè)過程中能夠處理電量的總安時(shí)數(shù)應(yīng)該是一個(gè)定值，累積安時(shí)電量達(dá)到一定的程度則認(rèn)為電池到達(dá)壽命，這種方法就是安時(shí)法。加權(quán)安時(shí)法考慮電池在不同狀況下放出相同的電量時(shí)，對(duì)壽命的損傷程度有輕有重，所以當(dāng)放出的電量乘以一個(gè)加權(quán)系數(shù)之后的累積安時(shí)數(shù)達(dá)到某個(gè)值后認(rèn)為電池到達(dá)壽命終結(jié)。
3) 面向事件的老化累積方法
這種方法首先要制定引起電池壽命損失的特定事件的描述，一般每個(gè)事件都有一個(gè)損傷程度的尺度描述，監(jiān)測電池在使用過程中事件發(fā)生的情況，累計(jì)每個(gè)事件引起電池壽命衰減情況給出當(dāng)前電池的剩余壽命。
以上幾種方法都是利用電池使用過程中的一些經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，依據(jù)某些統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律給出電池壽命的一個(gè)粗略估計(jì)，只能在電池使用的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)比較充分的情況下，用于特定場合的壽命預(yù)測。
2、基于性能的方法
基于各種不同形式的性能模型，并且考慮老化過程和應(yīng)力因素。目前很多研究依據(jù)這一思路開展了基于電池性能的壽命預(yù)測。根據(jù)壽命預(yù)測所使用信息來源的不同，將基于電池性能的壽命預(yù)測分為基于機(jī)理、基于特征和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)三類。
基于機(jī)理的預(yù)測是從電池本質(zhì)機(jī)理的角度分析并建立電池的運(yùn)行機(jī)理模型及老化模型，從電化學(xué)原理的角度描述電池的老化行為，通過對(duì)電池模型的分析預(yù)測電池壽命。
基于特征的預(yù)測是利用電池老化過程中所表現(xiàn)出來的特征參量的演變，建立特征量與電池壽命之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系用于壽命預(yù)測。
電芯是移動(dòng)電源的核心，是聚合物移動(dòng)電源更安全還是18650電芯工藝更成熟，這樣的論戰(zhàn)從未停歇。簡單地說聚合物電芯的最大優(yōu)勢是其自身的可塑性，這讓移動(dòng)電源的外形更加多樣。而且高可塑性讓電芯能充分占用到移動(dòng)電源的內(nèi)部空間，同等體積內(nèi)可獲得更大的電能容量。這也就是為什么往往同等容量的聚合物移動(dòng)電源與18650電芯移動(dòng)電源相比，體積更小且質(zhì)量更輕。而傳統(tǒng)的18650電芯外形與普通5號(hào)電池?zé)o異，電芯外部通過鐵皮包裹，電量獲得是通過多顆電芯串聯(lián)而成，因此采用了18650電芯的移動(dòng)電源在外形上一般會(huì)較為方正。
而聚合物移動(dòng)電源更安全這一說法其實(shí)是與電芯的外殼包裹有關(guān)。18650電芯的外殼一般采用的是鐵皮材質(zhì)，質(zhì)地堅(jiān)硬，韌性不佳，電芯內(nèi)部膨脹時(shí)容易因外殼無韌性而爆裂。而聚合物電芯內(nèi)部填充物呈糊狀，外部采用的是質(zhì)地較軟的鋁塑膜封裝，外殼更易變形，即使內(nèi)部膨脹，也不易爆裂。但時(shí)至今日，18650電芯的技術(shù)已相當(dāng)成熟，各大廠商在過壓保護(hù)、電路設(shè)計(jì)等方面的工藝都已相當(dāng)完善，電芯爆炸的可能性并不高；而聚合物電芯方面，在我國范圍內(nèi)能完全掌握其中的技術(shù)并有完善配套支持的廠商卻不多。聚合物電芯移動(dòng)電源爆炸的情況的確不多，但因長時(shí)間使用導(dǎo)致電芯發(fā)燙，燙傷用戶的案例卻不少。因此，說聚合物電芯的移動(dòng)電源比傳統(tǒng)18650電芯移動(dòng)電源更安全，是不完全正確的。
最后，要說的是二者的售價(jià)。坦白地說，如今同品牌同電量但電芯類型不同的兩款產(chǎn)品，售價(jià)上幾乎無差距，即使個(gè)別采用了聚合物電芯的移動(dòng)電源售價(jià)上略高，廠商一般也會(huì)附贈(zèng)上更多的功能和更精致的外觀來平衡這種價(jià)格差。總之，電芯類型目前不應(yīng)是影響用戶選購產(chǎn)品的主要因素！
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測是利用電池性能的測試數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中挖掘出電池性能演變的規(guī)律用于壽命預(yù)測。例如，由數(shù)據(jù)擬合得到的解析模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型都是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法。三種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中常采用幾種方法結(jié)合的思想。
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測是利用電池性能的測試數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中挖掘出電池性能演變的規(guī)律用于壽命預(yù)測。例如，由數(shù)據(jù)擬合得到的解析模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型都是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法。三種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中常采用幾種方法結(jié)合的思想。
1）基于機(jī)理的方法
基于機(jī)理的預(yù)測需要研究每一個(gè)老化因素對(duì)狀態(tài)變量的影響，這種方法首先要對(duì)電池物理化學(xué)過程進(jìn)行模型描述，基于歐姆定律、基爾霍夫電壓電流定律、電化學(xué)反應(yīng)過程(Butler-Volmer 定律)、擴(kuò)散過程(Fick 定律)等；然后研究老化過程對(duì)狀態(tài)變量影響的規(guī)律。一方面要研究電池的機(jī)理模型，另一方面要研究老化過程、應(yīng)力因素對(duì)狀態(tài)變量影響的老化機(jī)理模型。
基于機(jī)理的壽命預(yù)測主要優(yōu)點(diǎn)有：適用于幾乎所有的狀態(tài)條件及運(yùn)行模式的電池；給出了電池老化過程的詳細(xì)解釋，可用于電池生產(chǎn)及設(shè)計(jì)廠商對(duì)電池設(shè)計(jì)的改進(jìn)；與其他方法相比，基于該模型對(duì)電池控制策略的分析能夠更加細(xì)致、準(zhǔn)確。其缺點(diǎn)在于：模型需要精細(xì)的參數(shù)，且復(fù)雜程度較高；針對(duì)老化因素的測試比較復(fù)雜，建立完善的老化機(jī)理模型存在困難。
基于機(jī)理的壽命預(yù)測主要優(yōu)點(diǎn)有：適用于幾乎所有的狀態(tài)條件及運(yùn)行模式的電池；給出了電池老化過程的詳細(xì)解釋，可用于電池生產(chǎn)及設(shè)計(jì)廠商對(duì)電池設(shè)計(jì)的改進(jìn)；與其他方法相比，基于該模型對(duì)電池控制策略的分析能夠更加細(xì)致、準(zhǔn)確。其缺點(diǎn)在于：模型需要精細(xì)的參數(shù)，且復(fù)雜程度較高；針對(duì)老化因素的測試比較復(fù)雜，建立完善的老化機(jī)理模型存在困難。
2）基于特征的預(yù)測方法
基于特征壽命預(yù)測的思路是利用電池老化過程中所表現(xiàn)出的特征參量的演變，建立特征量取值與電池健康狀態(tài)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系用于壽命預(yù)測。
目前基于特征的電池壽命預(yù)測主要集中在電化學(xué)阻抗與電池循環(huán)壽命之間的關(guān)系。使用電化學(xué)阻抗譜（Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS）作為電池壽命特征的研究思路一般是：在電池循環(huán)壽命的不同階段測量阻抗譜曲線，根據(jù)阻抗譜曲線獲得電池等效電路模型形式，再分析循環(huán)次數(shù)和等效電路模型中溶液電阻、傳荷電阻及 Warburg 阻抗等參數(shù)的影響規(guī)律，最后給出等效電路模型中各參數(shù)隨電池循環(huán)次數(shù)變化的擬合公式。 除 EIS 阻抗譜外，還有對(duì)電池施加脈沖或階躍激勵(lì)信號(hào)估計(jì)內(nèi)阻的脈沖阻抗測量方法。
EIS 阻抗譜能夠給出較為精細(xì)的電池阻抗描述，可用作估計(jì)電池的壽命特征；但測量比較復(fù)雜，需要專用測量儀器，將 EIS 技術(shù)應(yīng)用于電池狀態(tài)的在線監(jiān)測還需要對(duì) EIS阻抗譜的在線快速測量技術(shù)進(jìn)行研究。脈沖阻抗測量簡單易行，能夠快速測量，可在線監(jiān)測，其測試結(jié)果能在一定程度上描述電池的阻抗，反映電池阻抗隨壽命衰減而增長的特性，也可用作電池壽命特征。
3）基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測
電池本身物理化學(xué)過程復(fù)雜，很多規(guī)律很難直接通過機(jī)理研究描述。從測試數(shù)據(jù)的角度出發(fā)描述電池性能的思想稱為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法。
常見的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)算法有很多種，如：支持向量機(jī)（Support Vector Machine, SVM），自回歸滑動(dòng)平均（Autoregressive MovingAverage,ARMA），粒子濾波（Particle Filtering,PF）等。
基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測不需要對(duì)象系統(tǒng)的機(jī)理知識(shí)，以采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)通，通過各種數(shù)據(jù)分析學(xué)習(xí)方法挖掘其中的隱含信息進(jìn)行預(yù)測，從而避免了模型獲取的復(fù)雜性，是一種較為實(shí)用的預(yù)測方法。但是，通常所獲取的數(shù)據(jù)往往具有很強(qiáng)的不確定性和不完整性，將實(shí)際應(yīng)用中所有可能的壽命影響因素全部進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試也是不現(xiàn)實(shí)的。所以，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測容易實(shí)施，但也有一定的局限性。
