理解你對(duì)電芯和電池包壽命模型的測(cè)試方法以及如何區(qū)分日歷壽命與使用壽命的關(guān)注。這確實(shí)是電池領(lǐng)域非常核心的概念。

在鋰電池使用中，不可避免會(huì)發(fā)生容量的衰減，主要的衰減機(jī)制可以歸納如下幾種：活性鋰的損失，活性材料的減少，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變和不可避免的副反應(yīng)等等，進(jìn)而導(dǎo)致阻抗增加，甚至安全性降低。

一、常見(jiàn)的壽命測(cè)試方法

要理解電池壽命，首先需要區(qū)分兩個(gè)核心概念：

1. ? 日歷壽命

• 定義

  ：指電池在特定儲(chǔ)存條件下（包括溫度、濕度、荷電狀態(tài)等），從生產(chǎn)出來(lái)到其性能衰減至無(wú)法滿足使用要求（如容量衰減至額定值的80%）的總時(shí)間無(wú)論是否使用

• 關(guān)注焦點(diǎn)

  ：時(shí)間本身以及儲(chǔ)存環(huán)境。即使電池閑置不用，其內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)也會(huì)緩慢分解、電解液會(huì)變質(zhì)、電極界面會(huì)生長(zhǎng)鈍化膜等，導(dǎo)致容量下降和內(nèi)阻增加。

• 影響因素

  環(huán)境溫度荷電狀態(tài)（SOC） 是兩大關(guān)鍵因素。高溫和高SOC會(huì)顯著加速電池的老化過(guò)程。

2. ?? 循環(huán)壽命（使用壽命）

• 定義

  ：指電池在標(biāo)準(zhǔn)使用條件下，經(jīng)歷多少次完整的充放電循環(huán)（例如，從100%放到0%再充滿算一次）后，其容量衰減到額定容量的某一比例（通常為80%）的總循環(huán)次數(shù)

• 關(guān)注焦點(diǎn)

  使用強(qiáng)度使用模式。每次充放電都會(huì)對(duì)電池結(jié)構(gòu)造成微小的、不可逆的損傷，累積到一定程度則壽命終結(jié)。

• 影響因素

  充放電倍率（C-rate）、放電深度（DOD）、工作溫度、充電截止電壓等。大電流快充快放、深充深放電、高溫工作都會(huì)加速循環(huán)壽命的衰減。

為了更直觀地對(duì)比，請(qǐng)看下表：

特征維度

日歷壽命

循環(huán)壽命（使用壽命）

在儲(chǔ)存條件下，隨時(shí)間推移的性能衰減

使用過(guò)程中隨循環(huán)次數(shù)增加的性能衰減

儲(chǔ)存荷電狀態(tài)（SOC）

放電深度（DOD）工作溫度

評(píng)估長(zhǎng)期存放后的性能保持能力

評(píng)估反復(fù)充放電下的耐久性

容量降至80%所需年數(shù)

容量降至80%所需的循環(huán)次數(shù)

食品的保質(zhì)期，即使不開(kāi)封也會(huì)變質(zhì)

汽車輪胎的可行駛里程，用得多磨損就快

為了評(píng)估上述兩種壽命，行業(yè)開(kāi)發(fā)了多種測(cè)試方法，可分為以下幾類：

1. ?? 日歷壽命測(cè)試

• 目的

  ：模擬電池長(zhǎng)期靜置儲(chǔ)存后的性能衰減。

• 方法

  ：將電池置于恒定的高溫環(huán)境（如45°C、60°C）和特定的SOC狀態(tài)（如100%、50%）下靜置。定期（如每間隔一個(gè)月）取出，在標(biāo)準(zhǔn)室溫下進(jìn)行容量標(biāo)定和性能測(cè)試，監(jiān)測(cè)其容量衰減和內(nèi)阻增長(zhǎng)情況。通過(guò)高溫加速老化，再通過(guò)模型推算回常溫下的壽命。

2. ?? 循環(huán)壽命測(cè)試

• 目的

  ：模擬電池在實(shí)際使用中反復(fù)充放電的衰減情況。

• 標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)測(cè)試

  ：在恒溫（如25°C）下，以恒定的充放電倍率（如1C）和固定的放電深度（如100% DOD）進(jìn)行重復(fù)充放電循環(huán)，直至容量衰減至閾值。

• 工況循環(huán)測(cè)試

  ：模擬真實(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景（如電動(dòng)汽車的NEDC/WLTC工況、儲(chǔ)能的特定吞吐功率曲線），進(jìn)行充放電。這種測(cè)試更能反映復(fù)雜工況下的真實(shí)壽命，但耗時(shí)更長(zhǎng)。

3. ? 加速老化測(cè)試

• 無(wú)論是日歷壽命還是循環(huán)壽命測(cè)試，為了縮短漫長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間，普遍采用加速老化的方法。即通過(guò)施加更嚴(yán)苛的條件（如更高的溫度、更大的充放電倍率、更深的放電深度）來(lái)加快老化速度，然后利用老化模型（如阿倫尼烏斯方程）推算出在正常使用條件下的壽命。

4. ?? 模型輔助測(cè)試與預(yù)測(cè)

• 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>

  ：基于大量測(cè)試數(shù)據(jù)，擬合出容量衰減與時(shí)間或循環(huán)次數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系（如多項(xiàng)式、指數(shù)函數(shù)）。結(jié)合濾波算法（如卡爾曼濾波）進(jìn)行在線參數(shù)修正和壽命預(yù)測(cè)。

• 機(jī)理模型

  ：基于電化學(xué)原理，建立描述電池內(nèi)部副反應(yīng)（如SEI膜生長(zhǎng)、活性材料損失）的物理化學(xué)模型。通過(guò)模擬內(nèi)部狀態(tài)來(lái)預(yù)測(cè)壽命，但計(jì)算復(fù)雜，參數(shù)難獲取。

• 融合模型

  結(jié)合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜋C(jī)理模型的優(yōu)勢(shì)，利用機(jī)理模型理解不同工況下的衰減路徑，用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行快速預(yù)測(cè)，以提高預(yù)測(cè)精度和適應(yīng)性。

• 為了進(jìn)一步減少對(duì)耗時(shí)極長(zhǎng)的實(shí)物測(cè)試的依賴，行業(yè)越來(lái)越多地采用模型預(yù)測(cè)的方法：

在各類壽命測(cè)試中，以下參數(shù)是監(jiān)測(cè)和判斷壽命終點(diǎn)的核心：

• 容量

  最核心的指標(biāo)。通過(guò)容量標(biāo)定測(cè)試（滿充后以恒定電流放空至截止電壓）來(lái)測(cè)量。當(dāng)容量衰減至初始容量的80%（有時(shí)是70%），通常認(rèn)為電池壽命終結(jié)。

• 內(nèi)阻

  ：尤其是直流內(nèi)阻（DCR）。內(nèi)阻的增長(zhǎng)反映了電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的劣化。內(nèi)阻突增（如超過(guò)初始值30%）常是壽命即將終結(jié)或出現(xiàn)故障的預(yù)警信號(hào)。

• 能量效率

  ：放電能量與充電能量的比值。效率的下降意味著內(nèi)部損耗的增加。

電芯和電池包壽命模型測(cè)試中，關(guān)鍵參數(shù)可分為直接反映老化狀態(tài)的性能參數(shù)加速老化的環(huán)境與工況參數(shù)，以及用于模型構(gòu)建與驗(yàn)證的擬合參數(shù)

下面這個(gè)表格匯總了這些關(guān)鍵參數(shù)，方便你快速了解：

容量保持率 (Capacity Retention)

最核心的壽命終點(diǎn)指標(biāo)，通常以衰減至初始容量的80% 作為壽命終止判據(jù)。

恒流充放電測(cè)試、工況循環(huán)測(cè)試

內(nèi)阻 (Internal Resistance)

內(nèi)阻增長(zhǎng)（通常要求≤初始值150%）直接反映電池內(nèi)部副反應(yīng)和界面劣化，影響功率性能和熱失控風(fēng)險(xiǎn)。

直流內(nèi)阻 (DCIR) 脈沖測(cè)試、交流內(nèi)阻 (ACIR) 測(cè)試、電化學(xué)阻抗譜 (EIS)

溫度 (Temperature)

（如45℃、55℃）極大加速副反應(yīng)，低溫影響鋰析出；溫度循環(huán)測(cè)試驗(yàn)證電芯物理結(jié)構(gòu)完整性。阿倫尼烏斯模型描述溫度與老化速率關(guān)系。

高低溫溫箱、溫箱聯(lián)動(dòng)工步、熱失控測(cè)試

充放電倍率 (C-rate)

充放電加劇極化、產(chǎn)熱和機(jī)械應(yīng)力，加速容量衰減和內(nèi)阻增長(zhǎng)。

恒流(CC)充放電、恒功率(CP)充放電

放電深度 (Depth of Discharge, DOD)

（高DOD）對(duì)活性材料和結(jié)構(gòu)應(yīng)力更大，顯著影響循環(huán)壽命。

設(shè)置不同的充放電截止電壓

荷電狀態(tài) (State of Charge, SOC)

（尤其是滿電）下儲(chǔ)存，會(huì)加速電解液分解和正極材料衰退，縮短日歷壽命。

日歷壽命測(cè)試（不同SOC下靜置）

阿倫尼烏斯模型參數(shù) (Arrhenius Model Parameters)

活化能 (Ea) 等參數(shù)是量化溫度對(duì)老化速率影響的核心，用于加速模型和壽命預(yù)測(cè)。

多溫度點(diǎn)老化測(cè)試 + 曲線擬合回歸

冪律因子 (z) 和指數(shù)因子 (B)

這些是半經(jīng)驗(yàn)壽命模型（如 Q_loss = B * exp(-Ea/RT) * (Ah)^z）中的關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合得到，用于描述容量衰減與Ah吞吐量或時(shí)間的關(guān)系。

長(zhǎng)期循環(huán)測(cè)試數(shù)據(jù) + 參數(shù)回歸分析

工況譜 (Operating Profile) 復(fù)現(xiàn)度

測(cè)試所用的電流、電壓、功率變化曲線是否真實(shí)復(fù)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景（如電動(dòng)汽車UDDS循環(huán)），直接影響壽命預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

工況循環(huán)測(cè)試、自定義工步序列

除了上述參數(shù)，還有一些測(cè)試本身的質(zhì)量控制參數(shù)也至關(guān)重要：

• 測(cè)量精度

  ：電壓（±0.1%FS）、電流（±0.5%RD）的測(cè)量精度直接影響容量、內(nèi)阻等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可靠性。

• 溫度均勻性

  ：電池包內(nèi)多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)（建議每電芯≥2個(gè)點(diǎn)）有助于評(píng)估熱管理效果和保證測(cè)試一致性。

• 數(shù)據(jù)采集頻率

  ：高頻數(shù)據(jù)有助于捕捉電壓平臺(tái)的細(xì)微變化和瞬態(tài)特性。

設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)試矩陣

• 針對(duì)循環(huán)壽命：需設(shè)置不同溫度充放電倍率DOD的組合條件。

• 針對(duì)日歷壽命：需設(shè)置不同溫度儲(chǔ)存SOC的組合條件。保證測(cè)試可重復(fù)性與一致性

  ：確保測(cè)試設(shè)備精度、環(huán)境控制（溫濕度）、測(cè)試流程（靜置時(shí)間、工步順序）標(biāo)準(zhǔn)化。

結(jié)合多種分析手段

• 常規(guī)電性能測(cè)試

  （容量、內(nèi)阻）是基礎(chǔ)。

• 差分容量分析（dQ/dV）

  可用于檢測(cè)析鋰、活性材料相變等細(xì)微衰減機(jī)理。

• 電化學(xué)阻抗譜（EIS）

  有助于解析界面副反應(yīng)、電荷傳輸阻抗的變化，深入理解老化機(jī)制。

模型校準(zhǔn)與驗(yàn)證：利用部分測(cè)試數(shù)據(jù)（如前期循環(huán)數(shù)據(jù)）進(jìn)行模型參數(shù)擬合，再用剩余數(shù)據(jù)（如后期循環(huán)數(shù)據(jù)）驗(yàn)證模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

電芯和電池包壽命模型測(cè)試的關(guān)鍵參數(shù)，核心在于精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)性能衰減（容量、內(nèi)阻）、嚴(yán)格控制老化應(yīng)力（溫度、倍率、DOD、SOC），并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型（通過(guò)Ea, B, z等參數(shù)）來(lái)預(yù)測(cè)壽命。

基于上述壽命模型和測(cè)試，我們可以得出一些延長(zhǎng)電池壽命的實(shí)用建議：

• 避免極端溫度

  ：盡量避免在高溫下長(zhǎng)時(shí)間使用或存放設(shè)備。高溫是電池壽命的“頭號(hào)殺手”。

• 避免滿充滿放

  ：日常使用中，淺充淺放（例如，在20%-80%或30%-90%的SOC區(qū)間內(nèi)循環(huán)）能極大地延長(zhǎng)循環(huán)壽命。

• 選擇合適的充電速率

  ：在非緊急情況下，優(yōu)先選擇慢充或標(biāo)準(zhǔn)充電，避免頻繁使用大電流快充。

• 優(yōu)化儲(chǔ)存條件

  ：如果需要長(zhǎng)期存放電池，將其電量放到50%左右，并放置在陰涼干燥的環(huán)境中。

日歷壽命關(guān)乎“存放”，核心是時(shí)間和環(huán)境循環(huán)壽命關(guān)乎“使用”，核心是次數(shù)和方式。廠商通過(guò)加速老化測(cè)試并結(jié)合模型預(yù)測(cè)，來(lái)評(píng)估這兩種壽命。作為用戶，理解了這些原理后，通過(guò)優(yōu)化使用和儲(chǔ)存習(xí)慣，就能有效延長(zhǎng)電池的實(shí)用壽命。

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