什么是鋰電池SOH估計方法？

對于鋰電池了解不多的朋友來說鋰電池SOH是什么并不關心，但是對于對電池了解比較多的對電池SOH就比較感興趣了，那么什么是電池SOH，而電池SOH估計方法又有哪些呢？綜合國內(nèi)外對電池SOH的估計方法研究，這里介紹兩種國際上比較認可的主流方法。

1、基于經(jīng)驗的鋰電池SOH估計方法

基于經(jīng)驗的電池壽命預測方法也稱為基于統(tǒng)計規(guī)律的方法，主要包括以下三種：

1)循環(huán)周期數(shù)法

這種方法是通過對電池的循環(huán)周期進行計數(shù)，當電池的循環(huán)次數(shù)到達一定的范圍時，就認為電池到達使用壽命。這種方法需要考慮不同循環(huán)條件、循環(huán)狀態(tài)等因素對循環(huán)壽命的影響，根據(jù)經(jīng)驗和標準參數(shù)二者共同確定電池壽命。

2)安時法與加權安時法

一個電池從新到老充電、放電整個過程中能夠處理電量的總安時數(shù)應該是一個定值，累積安時電量達到一定的程度則認為電池到達壽命，這種方法就是安時法。加權安時法考慮電池在不同狀況下放出相同的電量時，對壽命的損傷程度有輕有重，所以當放出的電量乘以一個加權系數(shù)之后的累積安時數(shù)達到某個值后認為電池到達壽命終結。

3)面向事件的老化累積方法

這種方法首先要制定引起電池壽命損失的特定事件的描述，一般每個事件都有一個損傷程度的尺度描述，監(jiān)測電池在使用過程中事件發(fā)生的情況，累計每個事件引起電池壽命衰減情況給出當前電池的剩余壽命。

以上幾種方法都是利用電池使用過程中的一些經(jīng)驗知識，依據(jù)某些統(tǒng)計學規(guī)律給出電池壽命的一個粗略估計，只能在電池使用的經(jīng)驗知識比較充分的情況下，用于特定場合的壽命預測。

2、基于性能的鋰電池SOH估計方法

基于各種不同形式的性能模型，并且考慮老化過程和應力因素。目前很多研究依據(jù)這一思路開展了基于電池性能的壽命預測。根據(jù)壽命預測所使用信息來源的不同，將基于電池性能的壽命預測分為基于機理、基于特征和數(shù)據(jù)驅動三類。

基于機理的預測是從電池本質(zhì)機理的角度分析并建立電池的運行機理模型及老化模型，從電化學原理的角度描述電池的老化行為，通過對電池模型的分析預測電池壽命。

基于特征的預測是利用電池老化過程中所表現(xiàn)出來的特征參量的演變，建立特征量與電池壽命之間的對應關系用于壽命預測。

數(shù)據(jù)驅動的預測是利用電池性能的測試數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中挖掘出電池性能演變的規(guī)律用于壽命預測。例如，由數(shù)據(jù)擬合得到的解析模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型都是數(shù)據(jù)驅動的方法。三種方法各有其優(yōu)缺點，實際應用中常采用幾種方法結合的思想。

1）基于機理的方法

基于機理的預測需要研究每一個老化因素對狀態(tài)變量的影響，這種方法首先要對電池物理化學過程進行模型描述，基于歐姆定律、基爾霍夫電壓電流定律、電化學反應過程(Butler-Volmer定律)、擴散過程(Fick定律)等；然后研究老化過程對狀態(tài)變量影響的規(guī)律。一方面要研究電池的機理模型，另一方面要研究老化過程、應力因素對狀態(tài)變量影響的老化機理模型。

基于機理的壽命預測主要優(yōu)點有：適用于幾乎所有的狀態(tài)條件及運行模式的電池；給出了電池老化過程的詳細解釋，可用于電池生產(chǎn)及設計廠商對電池設計的改進；與其他方法相比，基于該模型對電池控制策略的分析能夠更加細致、準確。其缺點在于：模型需要精細的參數(shù)，且復雜程度較高；針對老化因素的測試比較復雜，建立完善的老化機理模型存在困難。

2）基于特征的預測方法

基于特征壽命預測的思路是利用電池老化過程中所表現(xiàn)出的特征參量的演變，建立特征量取值與電池健康狀態(tài)之間的對應關系用于壽命預測。

目前基于特征的電池壽命預測主要集中在電化學阻抗與電池循環(huán)壽命之間的關系。使用電化學阻抗譜（ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy，EIS）作為電池壽命特征的研究思路一般是：在電池循環(huán)壽命的不同階段測量阻抗譜曲線，根據(jù)阻抗譜曲線獲得電池等效電路模型形式，再分析循環(huán)次數(shù)和等效電路模型中溶液電阻、傳荷電阻及Warburg阻抗等參數(shù)的影響規(guī)律，最后給出等效電路模型中各參數(shù)隨電池循環(huán)次數(shù)變化的擬合公式。除EIS阻抗譜外，還有對電池施加脈沖或階躍激勵信號估計內(nèi)阻的脈沖阻抗測量方法。

EIS阻抗譜能夠給出較為精細的電池阻抗描述，可用作估計電池的壽命特征；但測量比較復雜，需要專用測量儀器，將EIS技術應用于電池狀態(tài)的在線監(jiān)測還需要對EIS阻抗譜的在線快速測量技術進行研究。脈沖阻抗測量簡單易行，能夠快速測量，可在線監(jiān)測，其測試結果能在一定程度上描述電池的阻抗，反映電池阻抗隨壽命衰減而增長的特性，也可用作電池壽命特征。

3）基于數(shù)據(jù)驅動的預測

電池本身物理化學過程復雜，很多規(guī)律很難直接通過機理研究描述。從測試數(shù)據(jù)的角度出發(fā)描述電池性能的思想稱為數(shù)據(jù)驅動的方法。

常見的數(shù)據(jù)驅動算法有很多種，如：支持向量機（SupportVectorMachine,SVM），自回歸滑動平均（AutoregressiveMovingAverage,ARMA），粒子濾波（ParticleFiltering,PF）等。

基于數(shù)據(jù)驅動的預測不需要對象系統(tǒng)的機理知識，以采集的數(shù)據(jù)為基礎通，通過各種數(shù)據(jù)分析學習方法挖掘其中的隱含信息進行預測，從而避免了模型獲取的復雜性，是一種較為實用的預測方法。但是，通常所獲取的數(shù)據(jù)往往具有很強的不確定性和不完整性，將實際應用中所有可能的壽命影響因素全部進行實驗測試也是不現(xiàn)實的。所以，數(shù)據(jù)驅動的預測容易實施，但也有一定的局限性。