I. Il principio di SOH: cosa riflette?

L'essenza dell'SOH è quantificare il grado di invecchiamento della batteria. Questo invecchiamento si riflette principalmente in due aspetti, che costituiscono anche la base fisica del calcolo dell'SOH:

1. Decadimento della capacità

Questa è la manifestazione più fondamentale e intuitiva dell'SOH. Dopo un utilizzo prolungato, la quantità totale di carica che una batteria può immagazzinare e rilasciare diminuirà irreversibilmente.

· Principi fisici:

o Perdita attiva di litio: durante il ciclo, l'elettrolita subisce reazioni collaterali con la superficie dell'elettrodo, formando un film solido di interfaccia elettrolitica. Questo film continua a crescere e consuma gli ioni di litio liberi disponibili, portando a una riduzione del "litio effettivo" che partecipa alle reazioni di carica e scarica.

o Degrado della struttura del materiale dell'elettrodo: la struttura cristallina dei materiali degli elettrodi positivi e negativi subisce transizioni di fase irreversibili, dissoluzione o collasso durante l'inserimento e l'estrazione ripetuti di ioni di litio, con conseguente riduzione delle "posizioni" per l'immagazzinamento degli ioni di litio o una diminuzione della loro capacità di farlo.

Risultato: una batteria nuova con una capacità nominale di 100 Ah potrebbe, dopo diversi anni di utilizzo, rilasciare solo 80 Ah dopo essere stata completamente caricata e poi scaricata. La sua capacità SOH è (80 Ah / 100 Ah) * 100% = 80%.

2. Diminuzione delle prestazioni di potenza (aumento della resistenza interna)

La resistenza interna della batteria determina la tensione di esercizio e la generazione di calore durante la carica e la scarica. Una maggiore resistenza interna comporta un peggioramento delle prestazioni della batteria.

• Principi fisici:

* Aumento della resistenza ohmica interna: corrosione del collettore di corrente, aumento della resistenza di contatto tra il materiale dell'elettrodo e il collettore di corrente, ecc.

* Aumento della resistenza interna alla polarizzazione elettrochimica: a causa del suddetto ispessimento della pellicola SEI e della ridotta attività del materiale dell'elettrodo, diventa più difficile per gli ioni di litio intercalarsi e deintercalarsi nell'elettrodo, rallentando la velocità di reazione.

* Aumento della resistenza interna della polarizzazione della concentrazione: la velocità di trasporto degli ioni di litio nell'elettrolita rallenta.

Risultati: A parità di scarica, la caduta di tensione di una batteria nuova è molto ridotta, mentre la tensione di una batteria vecchia diminuisce bruscamente, causando l'attivazione prematura della protezione da bassa tensione, il mancato rilascio di tutta l'energia e un conseguente surriscaldamento della batteria. Il suo SOH di potenza può essere calcolato tramite l'aumento della resistenza interna.

II. Il ruolo dello stato di armonia (SOH): perché è così importante? Lo stato di armonia (SOH) non è un indicatore accademico astratto; svolge un ruolo cruciale durante l'intero ciclo di vita della batteria, soprattutto in termini di sicurezza ed efficienza economica.

1. Per gli utenti:

· Valutazione del valore residuo della batteria e della durata prevista:

* Veicoli elettrici: il livello di carica (SOH) è un indicatore chiave per misurare il valore di un'auto usata. Riflette direttamente l'autonomia residua del veicolo. Gli utenti possono utilizzare il livello di carica (SOH) per determinare se la batteria è ancora in garanzia (i produttori in genere promettono, ad esempio, "SOH non inferiore al 70% entro 8 anni o 160.000 chilometri").

* Sistemi di accumulo di energia: aiuta gli utenti a comprendere la capacità effettiva di produzione di energia del sistema di accumulo di energia e a eseguire calcoli dei benefici economici.

· Abitudini di utilizzo guida: comprendere la tendenza al ribasso dell'SOH consente agli utenti di utilizzare e mantenere la batteria in modo più scientifico, ritardandone l'invecchiamento.

2. Per i sistemi di gestione della batteria (BMS):

Questa è l'area centrale di Ruolo di SOH. Il BMS utilizza le informazioni SOH per adattare dinamicamente le proprie strategie di controllo al fine di raggiungere obiettivi di sicurezza, efficienza e longevità.

• Strategia di carica/scarica ottimizzata:

o Limitazione di potenza: man mano che SOH diminuisce (aumenta la resistenza interna), il BMS limita gradualmente la potenza massima di carica/scarica della batteria per evitare sovraccarichi/scarichi eccessivi e un'eccessiva generazione di calore, garantendo la sicurezza.

o Base di calcolo della capacità: il BMS calcola l'autonomia residua (SOC) in base a una base di "piena capacità", ovvero la capacità massima utilizzabile corrente, regolata in tempo reale in base allo SOH. Una batteria con uno SOH dell'80%, anche se lo SOC indica il 100%, ha solo l'80% della sua capacità originale.

• Garantire un funzionamento sicuro:

o Le batterie obsolete (solitamente con basso SOH) presentano sistemi chimici interni più instabili e un rischio maggiore di runaway termico. Il BMS può adottare una modalità di gestione più conservativa in base al valore SOH, rafforzando il monitoraggio e la protezione.

• Raggiungere una gestione equilibrata:

o Le informazioni SOH aiutano il BMS a determinare in modo più intelligente se le incongruenze nelle celle all'interno del pacco batteria sono causati da incongruenze reversibili dello stato di carica (SOC) o da decadimento irreversibile della capacità (incongruenze dello stato di carica SOH), consentendo così misure di bilanciamento più efficaci.

3. Per uso secondario: quando lo stato di salute (SOH) di una batteria di alimentazione scende a circa l'80%, potrebbe non soddisfare più i requisiti di autonomia e potenza del veicolo, ma conserva comunque un valore residuo significativo.

· Screening per uso secondario: la densità di carica (SOH) è un criterio fondamentale per determinare se le batterie dismesse sono adatte a scenari di uso secondario, come l'accumulo di energia, i veicoli elettrici a bassa velocità e gli alimentatori di riserva. In base ai requisiti di densità energetica dei diversi scenari applicativi, le batterie dismesse possono essere classificate con precisione e riutilizzate.

In sintesi, il SOH delle batterie al litio-ferro-fosfato è un indicatore di stato di salute completo, derivante dall'invecchiamento chimico e fisico irreversibile della batteria. Il suo ruolo è quello di fornire una base decisionale cruciale per la gestione della sicurezza della batteria, la stima dello stato, la valutazione del valore e l'uso secondario.