用于说明电动汽车电池劣化的两项标准

经过很长一段时间的试验、分析，小编认为，将“容量衰减”与“直流内阻谱”作为评判电动汽车电池劣化程度的典型指标是合适的。

(1)容量的衰减(Capacity Loss)
对于狭义SoH的概念，“电池的当前容量”是一个应用较广的，被公认为最能体现动力电池劣化的外特性的评价指标。IEEE 1188 - 2005标准和USABC也共同建议以“电池的容量”作为衡量动力电池劣化程度的参数。为了使容量的衰减指标具有较强的可比性，我们在这里对容量的衰减进行如下的定义：

 

 

其中，Ct为电池在某个时刻f容量，Crated为电池出厂时的额定容量，以百分号作为最终的单位将使得这一指标更为直观，更具有可比性。在实际操作中，以上的定义要注意两个问题：

第一，作为电动汽车电池当前的最大容量，Ct和温度有一定的相关性，不妨定义这一容量就是电池在20℃下的最大荷电容量。

 

第二，对于新电池而言，常常会出现Ct>Crated的情况，这样算出来的Closs将会是一个负数。这是允许的，因为我们认为，Closs的数值越大，电池的劣化程度越高，如果Closs出现负数，就表明该电池的劣化程度不高。

 

第三，为了Closs不出现负值，也可以把式子(3-4)的分母设为该电动汽车电池最初的容量Cinitial。然而，这样的定义在大功率电池组中的可操作性相对较差，因为对于同一厂家、同一型号的电池来说，各个电池的Crated是一致的，而Cinitial是不一致的，如果把式(3 -4)的分母设为Cinitial，那么就意味着要对每个电池在使用之前都进行一次容量测定，而且这样一来，会削弱两个电池之间的Closs的可比性o（因为这样的话，两个电池的Closs的分母是不一致的。）

 

(2)直流内阻谱
电动汽车电池在带负载工作和不带负载工作这两种不同的状态下，其正负极两端的电压是有差别的，表现出了内阻的特性。电池内阻的成因与数值的确定比较复杂，如果不规定好一定的条件，则难以得到一个确定的数值。电池的内阻值主要与温度、电池的荷电状态( SoC)以及电池的劣化程度相关。大量研究表明，如果在前两个条件不变的情况下，用恒定的电流对电池进行放电，则得到的电池内阻能反映电池的劣化程度。

 

图3 -3所示为某电池在特定的温度、特定的劣化程度下，电池的充、放电内阻与SoC之间关系的曲线。在实际操作中，如果规定放电电流方向为正方向，则内阻的数值可以通过下式进行定义：

 

 

其中，I为电池的工作电流，EB为电池的平衡电势，它是SoC的函数，UL为电池带上负载工作时正负极两端量得的工作电压。以往利用电池内阻来定义劣化程度的方法，如前面提到的式(3-3)，往往希望用一个数值来反映SoH。然而，从上面的定义可见，内阻r与SoC有关，因此在
评价电池劣化的时候，往往不是采取“一个内阻值”，而是“内阻谱的曲线”。

 

 

下图是某个电池在特定温度下，进行深度循环测试，每隔50个循环对电池放电内阻谱进行一次评测的结果。从图中可见，随着电池循环次数的增加，电池的内阻谱呈现出单调增加的趋势。

 

 

至于如何获得直流内阻谱，可以通过严格制定测试步骤来对电池进行测试、分析。测试过程中有许多细节，例如：如何定义充满，如何定义放空，充、放电电流取多大的倍率等，都需要进行定义。在笔者的上一本书的第四章，曾对这些细节问题与测试步骤进行了详细的分析，此处不再赘述。