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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，相關的研究包括電池退化機理與老化因素分析、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品，比如家庭儲能系統HESS(3KW 、5KW逆變輸出)，可以遠控控制的12V100Ah，24V100Ah的磷酸鐵鋰電池，通訊基站的貨架式儲能48V50Ah、48V100Ah，當然，定制的鋰離子電池更加需要SOC、SOH的參數，因為這些定制產品能夠在-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束期間所處的狀態(tài)，這是定量描述當前電池的性能狀態(tài)。

　　不同的廠家會對SOH有不同的具體定義，缺乏統一，目前SOH的定義主要體現在容量、電量、內阻、循環(huán)次數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稱額定容量有些差異。

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

　　a3 內阻定義SOH

　　電池的內阻增大是電池老化的重要表現，也是電池進一步老化的原因，不少鋰電池廠商采用內阻定義SOH。

　　式中：REOL為電池壽命結束時的內阻;Rc為當前電池的內阻;Rnew為新電池的內阻。

　　a4 剩余循環(huán)次數定義SOH

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

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

　　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，容量為電池的外在表現，內阻和剩余次數定義的可操作性不強，剩余循環(huán)次數和總循環(huán)次數無法準確預測。

　　B：鋰電池健康狀態(tài)影響因素

　　普遍認為鋰離子沉積、SEI膜增厚和活性物質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部的化學反應速度，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反應發(fā)生，造成電池的活性物質減少，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%，電池內阻分別增加12.4%、18.3%和27.7%，同時高倍率放電會在電池內部產生更多的熱量，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，有觀點認為電池有累計的總轉移能量。通過對鋰電池不同放電深度的循環(huán)測試，分析電池的累積轉移能量與電池容量衰減之間的關系，得出電池容量衰減到85%之前，電池累計轉移的能量在深充深放與淺充淺放這兩種模式下基本相同，當電池容量衰減到85%~75%時，電池累計轉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)間不同其實對應的電池內阻也不一樣，因此循環(huán)過程中電池發(fā)熱和反應略有不同，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生影響，不恰當的電壓上限和電壓下限對電池都有影響。放電截止電壓越低，電池內阻越大，造成電池內部發(fā)熱，同時引起副反應增加，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阻增大，電池內部發(fā)熱增加，產生“析鋰”現象以及相應的副反應增加，影響電池的容量和老化。

　　綜上，電池運行的溫度、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系是鋰電池廠商研究的重點。

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