1.3 锂离子电池的状态参数

1.3.1 荷电状态

电池荷电状态（SOC）描述了电池的剩余电量，是锂离子电池使用过程中的重要参数，此参数与电池的充放电历史和充放电电流大小有关。荷电状态值是相对量，一般用百分比的方式来表示，SOC的取值为0～100%。

电池剩余电量受到动力电池的基本特征参数（端电压、工作电流、温度、容量、内部压强、内阻和充放电循环次数）和动力电池使用特性因素的影响，使得对电池组SOC的测定变得很困难。目前关于电池组剩余电量的研究，较简单的方法是将电池组等效为一个电池单体，通过测量电池组的电流、电压、内阻等外界参数，找出SOC与这些参数的关系，以间接地测定电池的SOC值。在应用过程中，为确保电池组的使用安全和使用寿命，也常使用电池组中性能量差的电池单体的SOC来定义电池组的SOC。目前常用的SOC估算法有开路电压法、安时累积法、电化学测试法、电池模型法、神经网络法、阻抗频进法以及卡尔曼滤波法等。

1.3.2 温度性能

电池温度即电池在使用时由于内部结构发生化学、电化学变化、电子迁移及物质传输等原因而产生的电池表面发热现象，是一种正常现象。如果这些产生的热量不能完全散失到环境中，就会引起电池内部热量的积累。一旦热量的积累造成电池内部的高温点，有可能引发电池的热失控。锂离子电池具有最佳工作温度范围，并且需要避免热失控现象的发生，因此需要进行热管理。

电池的温度特性，表示的是动力电池性能因温度的变化而变化的性能。常规锂离子电池的工作温度是-20～60℃，采用特殊材料制作的低温锂离子电池可以在-40℃的高寒环境中放电。但是电压和容量会降低，比如聚合物单节电池在充满电状态下的电压是4.2V，把它放在-40℃环境中，电压会迅速降到3.4V以下。因为锂离子电池的材料特性，在低温环境中，充电会对电池造成严重的损害。

电池的温度换算，是将不同温度下的动力电池容量、电解质比重等参数换算成标准温度下值的过程。电池的温度系数是由于温度的改变，动力电池可用的容量相对于标准温度下可用容量的比值。温度系数这一电池特性非常重要，这是由于电池温度是影响电池功率输出的一大因素。由于工作环境的温度不同，其电压、电流、功率也不同，电池在极端温度下的工作状态能否达到要求，需要在电路设计时进行预算。

1.3.3 放电性能

1.自放电

自放电是指电池内部自发的或不期望的化学反应造成可用容量自动减少的现象，主要是电极材料自发地发生了氧化还原反应。在两个电极中，负极的自放电是主要的，自放电使活性物质被浪费，电池的自放电与电池储存条件有很密切的关系。

2.自放电率

自放电率是指电池在存放时间内，在没有负载条件下自身放电时，电池容量的损失速度。自放电率用单位时间（月或年）内电池容量下降的百分数来表示，通常与时间和环境温度有关，环境温度越高，自放电现象越明显。所以，电池久置时要定期补电，并在适宜的温度和湿度下储存。

3.放电深度

放电深度（Depth of Discharge，DOD）是放电容量与额定容量之比的百分数，与SOC之间存在的数学计算关系为

放电深度的深浅对锂离子电池的使用寿命有很大影响。一般情况下，锂离子电池常用的放电深度越深，其使用寿命就越短。因此，在电池使用过程中，应尽量避免锂离子电池深度放电。

1.3.4 使用寿命

1.循环寿命

循环寿命是评价锂离子电池使用技术经济性的重要参数，电池经历一次充电和放电，称为一次循环，或者一个周期。在一定放电制度下，锂离子电池的容量降至某一规定值之前，电池所能耐受的循环次数，称为锂离子电池的循环寿命或使用周期。循环寿命受锂离子电池DOD影响，因此，循环寿命的表示还要同时指出放电深度DOD。

随着充放电循环次数的增加，锂离子电池容量衰减是个必然的过程。这是因为在充放电循环过程中，电池内部会发生一些不可逆的过程，引起电池放电容量的衰减。这些不可逆的因素主要如下：

1）电极活性表面积在充放电循环过程中不断减小，使工作电流密度上升，极化增大。

2）电极上活性物质脱落或转移。

3）在电池工作过程中，某些电极材料发生腐蚀。

4）在循环过程中，电极上生成枝晶，造成电池内部微短路。

5）隔膜的老化和损耗。

6）活性物质在充放电过程中发生不可逆晶形改变，因而使活性降低。

2.储存寿命

电池在长期搁置后，容量会发生变化，这种特性称为储存性能。

电池在储存期间，虽然没有放出电能量，但是在电池内部总是存在着自放电现象。即使是干储存，也会由于密封不严，进入水分、空气及二氧化碳等物质，使处于热力学不稳定状态的部分正极和负极活性物质构成微电池腐蚀机理，自行发生氧化还原反应而白白消耗掉。如果是湿储存，更是如此。这种自放电的大小用电池容量下降到某一规定容量所经过的时间来表示，即储存寿命（或称搁置寿命）。