电池健康状态及其退化机制的深入探讨
01电池健康状态定义
电池健康状态，这一抽象概念，旨在简化电池退化这一复杂现象，为其提供一个量化的指标。该指标反映了电池自寿命起始至终止的发展程度。关于电池寿命终止，不同应用场景下可能有着不同的定义，但普遍认为，当电池系统无法再提供所需的最小功率、能量和待机时间时，便需进行维修或更换。电池老化过程中，三大显著变化——容量衰减、阻抗增长和自放电增加，共同构成了电池健康状况的下降。电池能力随充放电周期（即周期寿命）和总使用时间的推移而逐渐丧失，这被称为日历寿命。
容量衰减具体表现为电池可用能量和充电容量的减少，其内在原因可归结为锂离子或电子无法抵达活性物质。这些现象可能源于多种因素，如电极结构的损害导致活性物质脱落等。关于寿命终止的容量标准，虽有一个通用行业标准——初始容量的80%，但实际标准可能因应用而异。
阻抗增加导致充放电速率下降。与容量衰减相似，许多导致电池能力下降的因素也会促使阻抗增长。特别是使用碳阳极的锂离子电池，在老化过程中会形成土壤-电解质间相（SEI），从而增加阻抗。此外，活性物质损失、电解质降解以及界面电阻增加等因素也会共同推动阻抗的上升。这将直接影响电池达到极限电压的充放电速率，进而导致允许功率的大幅衰减，在某些应用中甚至可能减少50%。
自放电速率的增加也是电池老化的一个表现。随着自放电速率的提升，电池的待机时间会相应缩短。若电池管理系统的设计仅基于标称寿命的自放电起始点，那么自放电速率的任何变化都可能削弱其补偿能力，从而影响电池的整体性能。
02电池退化的度量标准
三个因素——容量、阻抗和自放电速率，被综合起来计算出一个单一的度量标准，即电池系统的健康状况（SOH）。
SOH的值域理想地设定在1到0之间，通常以百分比形式呈现。新电池的SOH应为100%，而当电池无法再满足应用程序所需的电源、容量和待机时间时，其SOH通常被定义为零。理想情况下，若电池在恒定的环境条件下运行（即使用相同的充放电曲线），那么SOH应随总循环次数的增加而线性降低。
然而，在实际应用中，电池在极端的速率、温度和充电状态下运行，其健康状况往往比在温和条件下老化得更快，导致报告的SOH在不同类型的循环下呈现非均匀下降。温度和电流速率等因素影响SOH估算，需在不同条件下调整模型参数。
测量电池容量的最准确和最直接的方法是进行非常缓慢的充放电测试，但这对大多数应用程序而言既耗时又不切实际。不过，只要充分考虑内阻抗的变化，以较高C速率进行的充放电测试也可以与容量相关联。
03电池管理系统与环境影响
理想的电池管理系统应能在电池运行时，仅依据一致的电压、温度和电流输入来动态地估算出容量、阻抗和自放电速率这三个关键参数。在实验室中，会进行全面的周期和日历寿命测试（RPT），以评估电池的容量和阻抗状态。
电池性能会受到使用时间和环境因素的影响。在SOH估计过程中，需要区分由极端温度引发的临时性能变化与因老化而导致的长期性能退化。
某些参数可能随电池年龄增长而显著变化，但对温度的变化不敏感，因此可作为SOH的可靠指标。而其他参数的变化可能与老化无关或可假定为恒定，这类参数在估计时无需过多消耗计算资源。
04电池性能退化的机理
电池内部复杂相互作用的外在体现，深入了解锂离子电池容量丧失的机理至关重要。
在充电过程中，锂原子需从活性阴极材料中脱离并被氧化，同时释放一个电子。这个电子需经过正极，最终抵达集电器和电池正极端子。锂离子则需穿越活性物质，通过电极材料进入电解质，再经由分离器抵达阳极。在阳极，离子需与通过负极集电极和端子到达的电子结合，并重新嵌入负极材料中。放电过程则反之。
考虑到这一连串的化学反应步骤，容量衰减和阻抗上升可归因于其中任何一环的障碍或失败。
SEI层是由锂离子与电解质反应产生的，尽管具体反应和产物尚不明确，但锂在SEI层的形成过程中被消耗，尤其在电池初期充电周期中最为显著。
电解质和副反应导致活性物质损失。活性物质因与电解质的副反应而降解，将导致其失去插入位点，进而阻碍电荷转移。
环境条件影响阻抗增加，需要在不同温度和电流下调整。值得注意的是，上述反应对温度（高温加速降解）、电流，特别是充电速率，以及所选的最终充放电极限都极为敏感。因此，建立相关模型时需综合考虑这些因素对电池退化率的影响。
举报/反馈
相关知识
电池健康状态深入解析与优化策略
手机电池健康度查询方法及可靠性探讨
如何有效恢复手机电池健康状态
挑战手机寿命极限：深入探讨电池寿命与使用技巧
探索可拆卸手机电池的多种健康状态检测方法
智能手机电池故障图标解析：深入探讨电池问题的征兆与解决方案
健康状态退化
手机电池健康状态检查方法大揭秘：轻松搞定电池故障！
如何查看和维护小米手机电池健康状态
电池健康状态监测与寿命预测
网址: 电池健康状态及其退化机制的深入探讨 https://m.trfsz.com/newsview1639773.html
