鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長的特性，在新能源行業(yè)被廣泛應用。但是，由于鋰離子電池在使用過程中內(nèi)部會發(fā)生一系列的不可逆的物理和化學反應，比如鋰離子沉積、活性物質(zhì)損失等等，使得電池循環(huán)壽命不斷惡化。電池健康狀態(tài)（SOH）是電池循環(huán)壽命的判斷指標。從安全角度考慮一般SOH下降到70%-80%也就意味著電池需要及時更換。

由于傳統(tǒng)BMS只能監(jiān)測電池的電壓、溫度和電流等有限幾個參數(shù)，因此行業(yè)內(nèi)通常用以下方式在線估算當前的SOH值：

SOH = 當前電池最大可放電容量（SOC）/ 電池出廠時的額定容量值

在實驗室或工廠內(nèi)也可以借助電化學工作站等設備通過內(nèi)阻監(jiān)測來估算電池的SOH：

SOH =（電池壽命終結(jié)時內(nèi)阻 - 當前內(nèi)阻）/（電池壽命終結(jié)時內(nèi)阻 - 出廠時內(nèi)阻）?

由于SOC的估算受多種因數(shù)影響，并且至少需要一次完整的充放電循環(huán)才能估算出當前的SOC，導致SOH的估算精度很難保證，也無法直接獲取。而借助電化學工作站等設備又無法實現(xiàn)在線檢測。因此，SOH的估算一直是BMS開發(fā)的一個技術難點，我們需要一種快速可靠的方法來在線監(jiān)測鋰離子電池的“健康狀態(tài)”（SOH），這也是電池研究中的熱門話題。

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靈活創(chuàng)新

本文將介紹一種獨創(chuàng)的在線SOH監(jiān)測技術。我們知道電池內(nèi)阻增大是電池老化的重要表現(xiàn)，也是電池進一步老化的原因。電池內(nèi)阻可以通過電化學阻抗譜（EIS）來分析，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。以往監(jiān)測電池的EIS特性只能在實驗室中借助電化學工作站等設備來實現(xiàn)，無法實現(xiàn)在線監(jiān)測。大唐恩智浦推出的集成EIS監(jiān)測的單電芯監(jiān)控芯片DNB1168可以通過在線阻抗監(jiān)測技術，輕松實現(xiàn)實時在線SOH監(jiān)測。

這里以真實案例來說明如何使用DNB1168芯片通過EIS實現(xiàn)在線SOH監(jiān)測。首先，我們對五節(jié)不同SOH狀態(tài)的電池在同樣容量、同樣溫度下進行EIS標定，標定結(jié)果如圖所示。

1~5號電池的EIS監(jiān)測數(shù)據(jù)

2號和5號電池的歐姆阻抗值為0.5毫歐，真實SOH為100%。3號和4號電池為1.8毫歐，真實SOH為85%。1號電池為3.5毫歐，真實SOH為70%。根據(jù)前面的內(nèi)阻計算SOH的公式，我們將SOH=70%和SOH=100%的內(nèi)阻值代入公式：

70% =?（電池壽命終結(jié)時內(nèi)阻-3.5）/（電池壽命終結(jié)時內(nèi)阻-0.5）

可以計算得到電池壽命完全結(jié)束時（SOH=0%）內(nèi)阻大概10.5毫歐，再計算1.8毫歐內(nèi)阻時的SOH=(10.5-1.8)/(10.5-0.5)=87%，與真實SOH誤差在2%，遠高于行業(yè)內(nèi)通過容量的SOH估算水平。根據(jù)我們的實驗結(jié)果，針對不同SOH電芯的阻抗在前期做好標定，即可用EIS快速反映出該電芯的當前SOH。通過集成EIS的單電芯監(jiān)控芯片DNB1168可輕松在線監(jiān)測電池的當前健康狀態(tài)。

傳統(tǒng)的SOH評估方法涉及利用低倍率充/放電方法進行容量校準，該過程耗時較長、耗電量多、精度較低、成本高且不實用。而EIS具有成本低、易于實現(xiàn)、估計精度高等優(yōu)點。

更多的BMS創(chuàng)新即將到來

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通過在電池管理系統(tǒng)方面進行持續(xù)創(chuàng)新，我們可助力廠家在電動汽車和工業(yè)儲能等應用中保持解決方案的安全性，同時降低設計復雜性，進而降低成本。每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎之上，使我們的技術變得更靈活、更高效、更可靠、更實惠。我們會一直堅定不移地進行技術創(chuàng)新，和終端客戶一起成長進步，為實現(xiàn)真正的國產(chǎn)化努力前行。

編輯：黃飛

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