鋰電池SOH主要有哪些影響因素？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-09-10 12:06
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電池SOH表征當(dāng)前電池相對于新電池存儲電能的能力，以百分比的形式表示電池從壽命開始到壽命結(jié)束期間所處的狀態(tài)，用來定量描述當(dāng)前電池的性能狀態(tài)。電池的性能指標(biāo)較多，國內(nèi)外對SOH有多種定義，概念上缺乏統(tǒng)一，目前SOH的定義主要體現(xiàn)在容量、電量、內(nèi)阻、循環(huán)次數(shù)和峰值功率等幾個(gè)方面。
采用電池容量衰減定義SOH的文獻(xiàn)最多，給出的 SOH定義如下：
式中：Caged為電池當(dāng)前容量；Crated為電池額定容量。
2、電量定義SOH
電池的內(nèi)阻增大是電池老化的重要表現(xiàn)，也是電池進(jìn)一步老化的原因，不少文獻(xiàn)采用內(nèi)阻定義SOH。
式中：REOL為電池壽命結(jié)束時(shí)的內(nèi)阻；Rc為當(dāng)前電池的內(nèi)阻；Rnew為新電池的內(nèi)阻。
4、剩余循環(huán)次數(shù)定義SOH
溫度通常被認(rèn)為是影響電池健康狀態(tài)的主要因素，溫度對電池的性能有雙重影響，一方面高溫會加快電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速度，提升電池的效率和性能，同時(shí)高溫也會加速一些不可逆的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，造成電池的活性物質(zhì)減少，引起電池 的老化和容量衰減。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明高溫會加快電池電極的SEI膜增長，鋰離子穿透SEI膜難度增加，等效為電池內(nèi)阻增大。
2、充放電電流倍率對電池SOH的影響
電池充放電深度對電池健康和老化有影響，有觀點(diǎn)認(rèn)為電池有累計(jì)的總轉(zhuǎn)移能量，基于總轉(zhuǎn)移能量進(jìn)行電池的容量衰減和老化分析。高飛等通過對鋰電池不同放電深度的循環(huán)測試，分析電池的累積轉(zhuǎn)移能量與電池容量衰減之間的關(guān)系，得出電池容量衰減到85%之前，電池累計(jì)轉(zhuǎn)移的能量在深充深放與淺充淺放這兩種模式下基本相同，當(dāng)電池容量衰減到85%~75%時(shí)，電池累計(jì)轉(zhuǎn)移的能量和能量效率上深充深放模式都優(yōu)于淺充淺放的模式。
4、循環(huán)區(qū)間對電池SOH的影響
電池的過充和過放都會對電池健康產(chǎn)生影響，不恰當(dāng)?shù)碾妷荷舷藓碗妷合孪迣﹄姵囟加杏绊?。放電截止電壓越低，電池?nèi)阻越大，造成電池內(nèi)部發(fā)熱，同時(shí)引起副反應(yīng)增加，電池活性物質(zhì)減少和負(fù)極石墨片層出現(xiàn)塌陷，電池加速老化和容量衰減。過高的充電截止電壓引起電池內(nèi)阻增大，電池內(nèi)部發(fā) 熱增加，過度充電引起負(fù)極產(chǎn)生“析鋰”現(xiàn)象以及相應(yīng)的副反應(yīng)增加，影響電池的容量和老化。
電化學(xué)模型從電池的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理出發(fā)分析電池運(yùn)行 過程中的健康狀態(tài)變化，考慮電池的老化因素對電池內(nèi)外部狀態(tài)變量(溫度、電流倍率、截止電壓等)的影響。鋰電池電化學(xué)模型研究包括基于SEI機(jī)理模型、電化學(xué)第一原理模型、單因子和多因子綜合電化學(xué)模型的復(fù)雜電化學(xué)模型等。
2、等效電路模型
經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯ㄟ^大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、擬合、試湊、經(jīng)驗(yàn)公式和統(tǒng)計(jì)處理來獲取電池性能狀態(tài)的變化，總結(jié)出電池的健康狀態(tài)變化規(guī)律，主要有電池阻抗經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃碗姵厝萘抗烙?jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/div>
四、鋰電池健康狀態(tài)研究的困難
鋰電池的健康狀態(tài)和壽命研究越來越受重視，然而電池的SOH研究還處于初級狀態(tài)，主要有以下三個(gè)原因。
1、研究周期長，實(shí)驗(yàn)條件控制嚴(yán)
鋰電池的SOH研究涉及電池內(nèi)部狀態(tài)變量，如電化學(xué)模型中電池內(nèi)部溫度、電解液濃度和內(nèi)阻等狀態(tài)，而電池的內(nèi)部狀態(tài)準(zhǔn)確監(jiān)控非常困難，還需要對這些狀態(tài)變量進(jìn)行定量分析，這使得電池的SOH研究需要解決的問題難度大。
3、各種影響因素耦合
電池SOH研究難度大，進(jìn)展緩慢，但是SOH研究對電池的使用、維護(hù)和評估有很高價(jià)值，可為規(guī)劃、政策和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供依據(jù)和參考，具有重要的意義
電池管理系統(tǒng)估算電池荷電狀態(tài)和剩余電量與電池的容量有關(guān)，若電池管理系統(tǒng)能掌握電池的老化規(guī)律和健康狀態(tài)，將有助于其做好電池全壽命周期的電池管理。
