电池管理技术：一种独创的在线SOH监测技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长的特性，在新能源行业被广泛应用。但是，由于锂离子电池在使用过程中内部会发生一系列的不可逆的物理和化学反应，比如锂离子沉积、活性物质损失等等，使得电池循环寿命不断恶化。电池健康状态（SOH）是电池循环寿命的判断指标。从安全角度考虑一般SOH下降到70%-80%也就意味着电池需要及时更换。

由于传统BMS只能监测电池的电压、温度和电流等有限几个参数，因此行业内通常用以下方式在线估算当前的SOH值：

SOH = 当前电池最大可放电容量（SOC）/ 电池出厂时的额定容量值

在实验室或工厂内也可以借助电化学工作站等设备通过内阻监测来估算电池的SOH：

SOH =（电池寿命终结时内阻 - 当前内阻）/（电池寿命终结时内阻 - 出厂时内阻） 

由于SOC的估算受多种因数影响，并且至少需要一次完整的充放电循环才能估算出当前的SOC，导致SOH的估算精度很难保证，也无法直接获取。而借助电化学工作站等设备又无法实现在线检测。因此，SOH的估算一直是BMS开发的一个技术难点，我们需要一种快速可靠的方法来在线监测锂离子电池的“健康状态”（SOH），这也是电池研究中的热门话题。

 

灵活创新

本文将介绍一种独创的在线SOH监测技术。我们知道电池内阻增大是电池老化的重要表现，也是电池进一步老化的原因。电池内阻可以通过电化学阻抗谱（EIS）来分析，能够给出较为精细的电池阻抗描述，可用作估计电池的寿命特征。以往监测电池的EIS特性只能在实验室中借助电化学工作站等设备来实现，无法实现在线监测。大唐恩智浦推出的集成EIS监测的单电芯监控芯片DNB1168可以通过在线阻抗监测技术，轻松实现实时在线SOH监测。

这里以真实案例来说明如何使用DNB1168芯片通过EIS实现在线SOH监测。首先，我们对五节不同SOH状态的电池在同样容量、同样温度下进行EIS标定，标定结果如图所示。

1~5号电池的EIS监测数据

2号和5号电池的欧姆阻抗值为0.5毫欧，真实SOH为100%。3号和4号电池为1.8毫欧，真实SOH为85%。1号电池为3.5毫欧，真实SOH为70%。根据前面的内阻计算SOH的公式，我们将SOH=70%和SOH=100%的内阻值代入公式：

70% = （电池寿命终结时内阻-3.5）/（电池寿命终结时内阻-0.5）

可以计算得到电池寿命完全结束时（SOH=0%）内阻大概10.5毫欧，再计算1.8毫欧内阻时的SOH=(10.5-1.8)/(10.5-0.5)=87%，与真实SOH误差在2%，远高于行业内通过容量的SOH估算水平。根据我们的实验结果，针对不同SOH电芯的阻抗在前期做好标定，即可用EIS快速反映出该电芯的当前SOH。通过集成EIS的单电芯监控芯片DNB1168可轻松在线监测电池的当前健康状态。

传统的SOH评估方法涉及利用低倍率充/放电方法进行容量校准，该过程耗时较长、耗电量多、精度较低、成本高且不实用。而EIS具有成本低、易于实现、估计精度高等优点。

更多的BMS创新即将到来

 

通过在电池管理系统方面进行持续创新，我们可助力厂家在电动汽车和工业储能等应用中保持解决方案的安全性，同时降低设计复杂性，进而降低成本。每一代创新都建立在上一代创新的基础之上，使我们的技术变得更灵活、更高效、更可靠、更实惠。我们会一直坚定不移地进行技术创新，和终端客户一起成长进步，为实现真正的国产化努力前行。

编辑：黄飞