1.3 鋰離子電池的狀態參數

1.3.1 荷電狀態

電池荷電狀態（SOC）描述了電池的剩余電量，是鋰離子電池使用過程中的重要參數，此參數與電池的充放電歷史和充放電電流大小有關。荷電狀態值是相對量，一般用百分比的方式來表示，SOC的取值為0～100%。

電池剩余電量受到動力電池的基本特征參數（端電壓、工作電流、溫度、容量、內部壓強、內阻和充放電循環次數）和動力電池使用特性因素的影響，使得對電池組SOC的測定變得很困難。目前關于電池組剩余電量的研究，較簡單的方法是將電池組等效為一個電池單體，通過測量電池組的電流、電壓、內阻等外界參數，找出SOC與這些參數的關系，以間接地測定電池的SOC值。在應用過程中，為確保電池組的使用安全和使用壽命，也常使用電池組中性能量差的電池單體的SOC來定義電池組的SOC。目前常用的SOC估算法有開路電壓法、安時累積法、電化學測試法、電池模型法、神經網絡法、阻抗頻進法以及卡爾曼濾波法等。

1.3.2 溫度性能

電池溫度即電池在使用時由于內部結構發生化學、電化學變化、電子遷移及物質傳輸等原因而產生的電池表面發熱現象，是一種正?，F象。如果這些產生的熱量不能完全散失到環境中，就會引起電池內部熱量的積累。一旦熱量的積累造成電池內部的高溫點，有可能引發電池的熱失控。鋰離子電池具有最佳工作溫度范圍，并且需要避免熱失控現象的發生，因此需要進行熱管理。

電池的溫度特性，表示的是動力電池性能因溫度的變化而變化的性能。常規鋰離子電池的工作溫度是-20～60℃，采用特殊材料制作的低溫鋰離子電池可以在-40℃的高寒環境中放電。但是電壓和容量會降低，比如聚合物單節電池在充滿電狀態下的電壓是4.2V，把它放在-40℃環境中，電壓會迅速降到3.4V以下。因為鋰離子電池的材料特性，在低溫環境中，充電會對電池造成嚴重的損害。

電池的溫度換算，是將不同溫度下的動力電池容量、電解質比重等參數換算成標準溫度下值的過程。電池的溫度系數是由于溫度的改變，動力電池可用的容量相對于標準溫度下可用容量的比值。溫度系數這一電池特性非常重要，這是由于電池溫度是影響電池功率輸出的一大因素。由于工作環境的溫度不同，其電壓、電流、功率也不同，電池在極端溫度下的工作狀態能否達到要求，需要在電路設計時進行預算。

1.3.3 放電性能

1.自放電

自放電是指電池內部自發的或不期望的化學反應造成可用容量自動減少的現象，主要是電極材料自發地發生了氧化還原反應。在兩個電極中，負極的自放電是主要的，自放電使活性物質被浪費，電池的自放電與電池儲存條件有很密切的關系。

2.自放電率

自放電率是指電池在存放時間內，在沒有負載條件下自身放電時，電池容量的損失速度。自放電率用單位時間（月或年）內電池容量下降的百分數來表示，通常與時間和環境溫度有關，環境溫度越高，自放電現象越明顯。所以，電池久置時要定期補電，并在適宜的溫度和濕度下儲存。

3.放電深度

放電深度（Depth of Discharge，DOD）是放電容量與額定容量之比的百分數，與SOC之間存在的數學計算關系為

放電深度的深淺對鋰離子電池的使用壽命有很大影響。一般情況下，鋰離子電池常用的放電深度越深，其使用壽命就越短。因此，在電池使用過程中，應盡量避免鋰離子電池深度放電。

1.3.4 使用壽命

1.循環壽命

循環壽命是評價鋰離子電池使用技術經濟性的重要參數，電池經歷一次充電和放電，稱為一次循環，或者一個周期。在一定放電制度下，鋰離子電池的容量降至某一規定值之前，電池所能耐受的循環次數，稱為鋰離子電池的循環壽命或使用周期。循環壽命受鋰離子電池DOD影響，因此，循環壽命的表示還要同時指出放電深度DOD。

隨著充放電循環次數的增加，鋰離子電池容量衰減是個必然的過程。這是因為在充放電循環過程中，電池內部會發生一些不可逆的過程，引起電池放電容量的衰減。這些不可逆的因素主要如下：

1）電極活性表面積在充放電循環過程中不斷減小，使工作電流密度上升，極化增大。

2）電極上活性物質脫落或轉移。

3）在電池工作過程中，某些電極材料發生腐蝕。

4）在循環過程中，電極上生成枝晶，造成電池內部微短路。

5）隔膜的老化和損耗。

6）活性物質在充放電過程中發生不可逆晶形改變，因而使活性降低。

2.儲存壽命

電池在長期擱置后，容量會發生變化，這種特性稱為儲存性能。

電池在儲存期間，雖然沒有放出電能量，但是在電池內部總是存在著自放電現象。即使是干儲存，也會由于密封不嚴，進入水分、空氣及二氧化碳等物質，使處于熱力學不穩定狀態的部分正極和負極活性物質構成微電池腐蝕機理，自行發生氧化還原反應而白白消耗掉。如果是濕儲存，更是如此。這種自放電的大小用電池容量下降到某一規定容量所經過的時間來表示，即儲存壽命（或稱擱置壽命）。