鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)的特性，在新能源行業(yè)被廣泛應(yīng)用。但是，由于鋰離子電池在使用過(guò)程中內(nèi)部會(huì)發(fā)生一系列的不可逆的物理和化學(xué)反應(yīng)，比如鋰離子沉積、活性物質(zhì)損失等等，使得電池循環(huán)壽命不斷惡化。電池健康狀態(tài)（SOH）是電池循環(huán)壽命的判斷指標(biāo)。從安全角度考慮一般SOH下降到70%-80%也就意味著電池需要及時(shí)更換。

由于傳統(tǒng)BMS只能監(jiān)測(cè)電池的電壓、溫度和電流等有限幾個(gè)參數(shù)，因此行業(yè)內(nèi)通常用以下方式在線估算當(dāng)前的SOH值：

SOH = 當(dāng)前電池最大可放電容量（SOC）/ 電池出廠時(shí)的額定容量值

在實(shí)驗(yàn)室或工廠內(nèi)也可以借助電化學(xué)工作站等設(shè)備通過(guò)內(nèi)阻監(jiān)測(cè)來(lái)估算電池的SOH：

SOH =（電池壽命終結(jié)時(shí)內(nèi)阻 - 當(dāng)前內(nèi)阻）/（電池壽命終結(jié)時(shí)內(nèi)阻 - 出廠時(shí)內(nèi)阻）?

由于SOC的估算受多種因數(shù)影響，并且至少需要一次完整的充放電循環(huán)才能估算出當(dāng)前的SOC，導(dǎo)致SOH的估算精度很難保證，也無(wú)法直接獲取。而借助電化學(xué)工作站等設(shè)備又無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。因此，SOH的估算一直是BMS開(kāi)發(fā)的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，我們需要一種快速可靠的方法來(lái)在線監(jiān)測(cè)鋰離子電池的“健康狀態(tài)”（SOH），這也是電池研究中的熱門(mén)話(huà)題。

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靈活創(chuàng)新

本文將介紹一種獨(dú)創(chuàng)的在線SOH監(jiān)測(cè)技術(shù)。我們知道電池內(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。電池內(nèi)阻可以通過(guò)電化學(xué)阻抗譜（EIS）來(lái)分析，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。以往監(jiān)測(cè)電池的EIS特性只能在實(shí)驗(yàn)室中借助電化學(xué)工作站等設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。大唐恩智浦推出的集成EIS監(jiān)測(cè)的單電芯監(jiān)控芯片DNB1168可以通過(guò)在線阻抗監(jiān)測(cè)技術(shù)，輕松實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線SOH監(jiān)測(cè)。

這里以真實(shí)案例來(lái)說(shuō)明如何使用DNB1168芯片通過(guò)EIS實(shí)現(xiàn)在線SOH監(jiān)測(cè)。首先，我們對(duì)五節(jié)不同SOH狀態(tài)的電池在同樣容量、同樣溫度下進(jìn)行EIS標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果如圖所示。

1~5號(hào)電池的EIS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

2號(hào)和5號(hào)電池的歐姆阻抗值為0.5毫歐，真實(shí)SOH為100%。3號(hào)和4號(hào)電池為1.8毫歐，真實(shí)SOH為85%。1號(hào)電池為3.5毫歐，真實(shí)SOH為70%。根據(jù)前面的內(nèi)阻計(jì)算SOH的公式，我們將SOH=70%和SOH=100%的內(nèi)阻值代入公式：

70% =?（電池壽命終結(jié)時(shí)內(nèi)阻-3.5）/（電池壽命終結(jié)時(shí)內(nèi)阻-0.5）

可以計(jì)算得到電池壽命完全結(jié)束時(shí)（SOH=0%）內(nèi)阻大概10.5毫歐，再計(jì)算1.8毫歐內(nèi)阻時(shí)的SOH=(10.5-1.8)/(10.5-0.5)=87%，與真實(shí)SOH誤差在2%，遠(yuǎn)高于行業(yè)內(nèi)通過(guò)容量的SOH估算水平。根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)不同SOH電芯的阻抗在前期做好標(biāo)定，即可用EIS快速反映出該電芯的當(dāng)前SOH。通過(guò)集成EIS的單電芯監(jiān)控芯片DNB1168可輕松在線監(jiān)測(cè)電池的當(dāng)前健康狀態(tài)。

傳統(tǒng)的SOH評(píng)估方法涉及利用低倍率充/放電方法進(jìn)行容量校準(zhǔn)，該過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)、耗電量多、精度較低、成本高且不實(shí)用。而EIS具有成本低、易于實(shí)現(xiàn)、估計(jì)精度高等優(yōu)點(diǎn)。

更多的BMS創(chuàng)新即將到來(lái)

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通過(guò)在電池管理系統(tǒng)方面進(jìn)行持續(xù)創(chuàng)新，我們可助力廠家在電動(dòng)汽車(chē)和工業(yè)儲(chǔ)能等應(yīng)用中保持解決方案的安全性，同時(shí)降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性，進(jìn)而降低成本。每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上，使我們的技術(shù)變得更靈活、更高效、更可靠、更實(shí)惠。我們會(huì)一直堅(jiān)定不移地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，和終端客戶(hù)一起成長(zhǎng)進(jìn)步，為實(shí)現(xiàn)真正的國(guó)產(chǎn)化努力前行。

編輯：黃飛

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