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鋰電池健康狀態(tài)(SOH)的定義和影響因素

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2025年06月12日 17:20

　　鋰電池的老化是一個長期漸變的過程，電池的健康狀態(tài)受溫度、電流倍率、截止電壓等多種因素影響。目前電池健康狀態(tài)的研究和建模分析等已有一定成果，相關(guān)的研究包括電池退化機(jī)理與老化因素分析、電池的健康管理、電池狀態(tài)監(jiān)測與估計、電池壽命預(yù)測等。

　　SES Power早在十多年前就推出了眾多的帶有SOC、SOH功能的智能鋰電池產(chǎn)品，比如家庭儲能系統(tǒng)HESS(3KW 、5KW逆變輸出)，可以遠(yuǎn)控控制的12V100Ah，24V100Ah的磷酸鐵鋰電池，通訊基站的貨架式儲能48V50Ah、48V100Ah，當(dāng)然，定制的鋰離子電池更加需要SOC、SOH的參數(shù)，因為這些定制產(chǎn)品能夠在-60度環(huán)境下使用、-40攝氏度正常使用。下面，我們來講解一下SOH的有關(guān)知識。

　　A：SOH的定義

　　SOH指的是電池的健康狀態(tài)，一般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)，這是定量描述當(dāng)前電池的性能狀態(tài)。

　　不同的廠家會對SOH有不同的具體定義，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)和峰值功率等幾個方面。

　　a1 容量定義SOH：

　　采用電池容量衰減定義SOH的最多，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。

　　a2 電量定義SOH

　　用電量定義SOH與容量定義相似，因為電池的額定容量有實際有效容量和最大容量，電池的實際容量與標(biāo)稱額定容量有些差異。

　　式中：Qaged-max為當(dāng)前電池最大放電電量;Qnew-max為新電池最大放電電量。

　　a3 內(nèi)阻定義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，不少鋰電池廠商采用內(nèi)阻定義SOH。

　　式中：REOL為電池壽命結(jié)束時的內(nèi)阻;Rc為當(dāng)前電池的內(nèi)阻;Rnew為新電池的內(nèi)阻。

　　a4 剩余循環(huán)次數(shù)定義SOH

　　除了采用容量和內(nèi)阻等電池性能指標(biāo)定義SOH外，也有鋰電池廠商用電池剩余的循環(huán)次數(shù)定義電池的SOH。

　　式中：Cntremain為電池剩余循環(huán)次數(shù);Cnttota為電池的總循環(huán)次數(shù)。

　　以上4種電池的SOH定義在市場中較為常見。容量和電量定義可操作性強(qiáng)，容量為電池的外在表現(xiàn)，內(nèi)阻和剩余次數(shù)定義的可操作性不強(qiáng)，剩余循環(huán)次數(shù)和總循環(huán)次數(shù)無法準(zhǔn)確預(yù)測。

　　B：鋰電池健康狀態(tài)影響因素

　　普遍認(rèn)為鋰離子沉積、SEI膜增厚和活性物質(zhì)損失等是造成電池老化和容量衰減的主要原因。鋰電池的濫用會加速電池老化，電池的正常使用也會影響電池健康狀態(tài)。

　　b1 溫度對電池SOH的影響

　　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，另一方面是高溫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。

　　b2 電流倍率對電池SOH的影響

　　充放電過程中的電流倍率會影響電池的壽命，以三種不同放電倍率對18650 電池進(jìn)行300次循環(huán)實驗，其電池容量分別衰減9.5%、13.2%和16.9%，電池內(nèi)阻分別增加12.4%、18.3%和27.7%，同時高倍率放電會在電池內(nèi)部產(chǎn)生更多的熱量，加速電池老化， SEI膜比低倍率放電的要厚。

　　b3 放電深度對電池SOH的影響

　　放電深度對電池健康有影響，有觀點(diǎn)認(rèn)為電池有累計的總轉(zhuǎn)移能量。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，電池累計轉(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。

　　SES Power對于這個結(jié)論有著真實體會，因為我們?yōu)榱藵M足對性價比非常在乎的客戶，很多時候會采用退役的梯次方形鋰電池，但是這些電池通常都會衰減到一個程度的了，我們必須設(shè)計合理的充電、放電模式，以加長電池的真實使用壽命。

　　b4 循環(huán)區(qū)間對電池SOH的影響

　　充電、放電的循環(huán)區(qū)間不同其實對應(yīng)的電池內(nèi)阻也不一樣，因此循環(huán)過程中電池發(fā)熱和反應(yīng)略有不同，因此有專家建議電池SOC范圍在20%~80%，這樣有利于電池健康和循環(huán)壽命。

　　b5 充放電截止電壓對電池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，同時引起副反應(yīng)增加，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，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。

　　綜上，電池運(yùn)行的溫度、充放電倍率、放電深度、循環(huán)區(qū)間和充放電截止電壓等都會對電池的健康狀態(tài)和壽命產(chǎn)生影響。這些影響因素對電池老化的定量分析以及各因素相互耦合關(guān)系是鋰電池廠商研究的重點(diǎn)。

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