电动汽车电池健康那些事儿（1）
电池健康检测的必要性
随着时间的推移，电池组中的电池会老化，性能会下降。它们最终会达到一个点，即不再满足电池组的性能要求，我们认为这是电池组寿命的终结(尽管所谓的“二次寿命”应用可能能够利用剩余的减少的能力)。在电池组的使用寿命开始和使用寿命结束之间，了解电池组当前的退化状态是非常重要的，这样才能准确地计算出电池的充电状态、可用能量和可用功率。
电池正常的衰老只是电池衰竭的一个原因。由于电池设计缺陷、制造过程控制不佳或制造过程中使用的材料中含有杂质、滥用和不受控制的操作，也可能发生故障。有设计或制造缺陷或被滥用的电池通常在一段时间内看起来正常，然后很快就失效了。适当的电池管理将防止BMS处于活动状态时的失控操作，但在BMS处于非活动状态时，对外部因素或过高的环境条件没有影响(例如，电动汽车碰撞期间的物理损坏，或BMS及其热控制关闭时的超出范围的环境温度)。
下图说明，只要每个电池的模型参数值不断更新以反映电池当前的老化特性，使用等效电路电池模型进行状态估计对正常电池和理想电池的效果一样好。我们的重点是了解和跟踪正常的老化过程，以及在过电压、过温等加速正常降解机制的意义上的不受控制的操作。电池组在正常老化直至寿命结束期间仍可使用，但性能水平下降。我们不考虑内部故障和滥用，这通常是通过其他方法检测到的，并且可能需要关闭部分或全部电池组进行立即维修，以防止故障的传播。
我们最感兴趣的是那些反映电池组性能变化的数量。这些是电池组SOH的指示器。对SOH的定义没有普遍共识，但最常用的用于总结电池组健康的估计数量包括电池的当前总容量和当前等效串联电阻。对总容量和等效串联电阻的准确估计使我们能够计算出电池组在其使用寿命内可靠的总能量和可用功率估计。
电池总容量
随着电池的老化，其总容量Q减小。在锂离子电池中，这主要是由于不必要的副反应消耗了电池充放电过程中可以使用的锂，以及电极活性材料的结构恶化，从而减少了锂的存储位置。
下图给出了理想电池行为的一个简化例子。在图中，负极和正极都有16个可以容纳锂的位置。目前，有4个负极和5个正极被占用。当电池充满电时，负极上会有9个被占用的位点，而正极上没有被占用的位点。当电池完全放电时，负极将没有占据位点，而正极将有9个占据位点。电池的总容量等于负极存储位数、正极存储位数和可循环使用的锂量的最小值。在本例中，总容量是16，16，9的最小值，从而产生9个锂原子的总容量。
这个例子中，副反应是一种额外的化学过程，当锂从一个电极转移到另一个电极时，它会消耗锂，并将其从循环中移除。大多数副反应发生在电池充电时。下图中一个锂原子在电池充电时被副反应消耗。总容量现在已经减少到最小的16，16，8，这就产生了8个锂原子的总容量。
结构退化是指从一个电极上消除锂存储位置，可能是由于电极本身部分晶体结构的崩溃。下图中正极的损伤显示为白色疤痕。一些锂可能会被困在结构中，这样它就不能在电池充电和放电时自由地来回循环，因此容量就会损失。在图中，正极右下角的锂原子被结构崩塌捕获。结构坍塌也可以消除锂的储存场所。在图中，正极只有10个好的存储点，但其中一个是与循环隔离的，所以只有9个可用的存储点。所以总容量是16，9，8的最小值，最终得到8个锂原子的总容量。
这种缓慢的容量减少通常被称为容量衰减。我们需要跟踪容量衰减的算法，以便为其他电池管理系统算法提供每个电池总容量的最新估计。这些知识对于能够准确计算电池组可用能量至关重要，其中总容量是一个主要因素。如果库仑计数法用于SOC估计，还需要准确估计总容量；然而，如果使用卡尔曼滤波法，则电荷状态估计对较差的总容量估计相当不敏感，因为内置的反馈校正机制能够补偿总容量估计中的中等误差。可用功率估计对总容量值的依赖性也最小。
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