I. Zasada SOH: Co ona odzwierciedla?

Istotą SOH jest ilościowe określenie stopnia starzenia się baterii. Starzenie to odzwierciedla się głównie w dwóch aspektach, które stanowią również fizyczną podstawę obliczeń SOH:

1. Spadek pojemności

To najbardziej podstawowa i intuicyjna manifestacja SOH. Po długotrwałym użytkowaniu całkowita ilość ładunku, jaką akumulator może zmagazynować i uwolnić, nieodwracalnie się zmniejszy.

· Zasady fizyczne:

o Aktywna utrata litu: Podczas cyklu elektrolit ulega reakcjom ubocznym z powierzchnią elektrody, tworząc stałą warstwę elektrolitu. Warstwa ta stale rośnie i zużywa dostępne wolne jony litu, co prowadzi do zmniejszenia „efektywnego litu” uczestniczącego w reakcjach ładowania i rozładowywania.

o Degradacja struktury materiału elektrodowego: Struktura krystaliczna dodatnich i ujemnych materiałów elektrodowych ulega nieodwracalnym przemianom fazowym, rozpuszczaniu lub zapadaniu się podczas wielokrotnego wprowadzania i usuwania jonów litu, co skutkuje zmniejszeniem „pozycji” do przechowywania jonów litu lub zmniejszeniem ich zdolności do tego.

Wynik: Nowy akumulator o pojemności nominalnej 100 Ah może po kilku latach użytkowania uwolnić jedynie 80 Ah po pełnym naładowaniu i rozładowaniu. Jego pojemność SOH wynosi (80 Ah / 100 Ah) * 100% = 80%.

2. Zmniejszona wydajność energetyczna (zwiększony opór wewnętrzny)

Rezystancja wewnętrzna akumulatora decyduje o jego napięciu roboczym i wytwarzaniu ciepła podczas ładowania i rozładowywania. Zwiększona rezystancja wewnętrzna prowadzi do pogorszenia wydajności akumulatora.

• Zasady fizyczne:

* Zwiększony wewnętrzny opór omowy: Korozja kolektora prądu, zwiększony opór styku pomiędzy materiałem elektrody a kolektorem prądu itp.

* Zwiększony wewnętrzny opór polaryzacji elektrochemicznej: Ze względu na wspomniane pogrubienie warstwy SEI i zmniejszoną aktywność materiału elektrody, jony litu mają większą trudność z interkalacją i deinterkalacją w elektrodzie, co spowalnia szybkość reakcji.

* Wzrost stężenia polaryzacji oporu wewnętrznego: Prędkość transportu jonów litu w elektrolicie ulega spowolnieniu.

Wyniki: Przy rozładowywaniu z tą samą wysoką szybkością, spadek napięcia nowego akumulatora jest bardzo niewielki, podczas gdy napięcie starego akumulatora gwałtownie spada, co powoduje przedwczesne zadziałanie zabezpieczenia niskiego napięcia, nieuwolnienie całej energii i silniejsze nagrzewanie się akumulatora. Jego współczynnik SOH (stan naładowania) można obliczyć na podstawie wzrostu rezystancji wewnętrznej.

II. Rola wskaźnika SOH: Dlaczego jest tak ważny? Wskaźnik State of Harmony (SOH) nie jest abstrakcyjnym, akademickim wskaźnikiem; odgrywa kluczową rolę w całym cyklu życia akumulatora, szczególnie pod względem bezpieczeństwa i efektywności ekonomicznej.

1. Dla użytkowników:

· Ocena pozostałej wartości baterii i przewidywanej żywotności:

* Pojazdy elektryczne: Wskaźnik SOH to kluczowy wskaźnik pomiaru wartości używanego samochodu. Bezpośrednio odzwierciedla on pozostały zasięg pojazdu. Użytkownicy mogą użyć SOH, aby sprawdzić, czy akumulator jest nadal objęty gwarancją (producenci zazwyczaj obiecują na przykład „SOH nie niższy niż 70% w ciągu 8 lat lub 160 000 kilometrów”).

* Systemy magazynowania energii: Pomaga użytkownikom zrozumieć rzeczywistą przepustowość energii danego systemu magazynowania energii i wykonać obliczenia korzyści ekonomicznych.

· Wskazówki dotyczące użytkowania: Zrozumienie spadkowego trendu SOH pozwala użytkownikom na bardziej naukowe użytkowanie i konserwację baterii, opóźniając jej starzenie się.

2. W przypadku systemów zarządzania akumulatorami (BMS):

To jest główny obszar Rola SOH. System zarządzania budynkiem (BMS) wykorzystuje informacje z SOH do dynamicznego dostosowywania strategii sterowania w celu osiągnięcia celów bezpieczeństwa, wydajności i trwałości.

• Zoptymalizowana strategia ładowania/rozładowywania:

o Ograniczenie mocy: W miarę jak SOH maleje (wzrasta rezystancja wewnętrzna), BMS stopniowo ogranicza maksymalną moc ładowania/rozładowywania akumulatora, aby zapobiec przeładowaniu/nadmiernemu rozładowaniu i nadmiernemu wytwarzaniu ciepła, zapewniając bezpieczeństwo.

o Baza obliczeniowa pojemności: System BMS oblicza pozostały zasięg (SOC) na podstawie „pełnej pojemności”, czyli aktualnej maksymalnej pojemności użytkowej, korygowanej w czasie rzeczywistym zgodnie ze wskaźnikiem SOH. Akumulator o SOH wynoszącym 80%, nawet jeśli SOC wskazuje 100%, ma tylko 80% swojej pierwotnej pojemności.

• Zapewnienie bezpiecznej eksploatacji:

o Starzejące się akumulatory (zwykle o niskim SOH) mają bardziej niestabilne wewnętrzne układy chemiczne i wyższe ryzyko niekontrolowanego wzrostu temperatury. System zarządzania energią (BMS) może przejść w bardziej konserwatywny tryb zarządzania w oparciu o wartość SOH, wzmacniając monitorowanie i ochronę.

• Osiągnięcie zrównoważonego zarządzania:

o Informacje SOH pomagają systemowi BMS inteligentniej określić, czy niespójności w komórkach w obrębie akumulator spowodowane są odwracalnymi niespójnościami SOC lub nieodwracalnym spadkiem pojemności (niespójnościami SOH), co umożliwia skuteczniejsze środki równoważenia.

3. Do użytku wtórnego: Gdy stan zdrowia akumulatora (SOH) spadnie do około 80%, może on nie spełniać już wymagań pojazdu dotyczących zasięgu i mocy, jednak nadal zachowuje znaczną wartość rezydualną.

· Selekcja pod kątem wtórnego wykorzystania: SOH to podstawowe kryterium oceny, czy wycofane z eksploatacji akumulatory nadają się do wtórnego wykorzystania, takiego jak magazynowanie energii, pojazdy elektryczne o niskiej prędkości i zasilanie awaryjne. Na podstawie wymagań dotyczących gęstości energii w różnych scenariuszach zastosowań, wycofane z eksploatacji akumulatory można precyzyjnie sklasyfikować i ponownie wykorzystać.

Podsumowując, wskaźnik SOH akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych jest kompleksowym wskaźnikiem stanu technicznego, wynikającym z nieodwracalnego starzenia się chemicznego i fizycznego akumulatora. Jego rolą jest zapewnienie kluczowej podstawy do podejmowania decyzji w zakresie zarządzania bezpieczeństwem akumulatora, szacowania jego stanu, oceny wartości i użytkowania wtórnego.