I. Nguyên tắc SOH: Nó phản ánh điều gì?

Bản chất của SOH là định lượng mức độ lão hóa của pin. Sự lão hóa này chủ yếu được phản ánh ở hai khía cạnh, cũng là cơ sở vật lý của tính toán SOH:

1. Suy giảm công suất

Đây là biểu hiện cốt lõi và trực quan nhất của SOH. Sau thời gian dài sử dụng, tổng lượng điện tích mà pin có thể lưu trữ và giải phóng sẽ giảm không thể phục hồi.

· Nguyên lý vật lý:

o Tổn thất Liti chủ động: Trong quá trình tuần hoàn, chất điện phân trải qua các phản ứng phụ với bề mặt điện cực, tạo thành một lớp màng giao diện chất điện phân rắn. Lớp màng này tiếp tục phát triển và tiêu thụ các ion Liti tự do có sẵn, dẫn đến giảm "Liti hiệu dụng" tham gia vào các phản ứng sạc và xả.

o Sự suy thoái cấu trúc vật liệu điện cực: Cấu trúc tinh thể của vật liệu điện cực dương và âm trải qua quá trình chuyển pha không thể đảo ngược, hòa tan hoặc sụp đổ trong quá trình đưa vào và lấy ra các ion lithium nhiều lần, dẫn đến ít "vị trí" lưu trữ các ion lithium hơn hoặc khả năng lưu trữ của chúng giảm đi.

Kết quả: Một ắc quy mới có dung lượng danh định 100Ah, sau vài năm sử dụng, có thể chỉ giải phóng 80Ah sau khi sạc đầy và xả hết. Dung lượng SOH của ắc quy này là (80Ah / 100Ah) * 100% = 80%.

2. Giảm hiệu suất công suất (Tăng điện trở bên trong)

Điện trở bên trong của pin quyết định điện áp hoạt động và nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình sạc và xả. Điện trở bên trong tăng sẽ làm giảm hiệu suất của pin.

• Nguyên lý vật lý:

* Tăng điện trở bên trong Ohmic: Ăn mòn bộ thu dòng điện, tăng điện trở tiếp xúc giữa vật liệu điện cực và bộ thu dòng điện, v.v.

* Tăng điện trở bên trong phân cực điện hóa: Do lớp màng SEI dày lên như đã đề cập ở trên và hoạt động của vật liệu điện cực giảm đi nên các ion lithium khó xen kẽ và tách xen kẽ trong điện cực hơn, làm chậm tốc độ phản ứng.

* Tăng nồng độ phân cực điện trở bên trong: Tốc độ vận chuyển các ion lithium trong chất điện phân chậm lại.

Kết quả: Khi xả ở cùng tốc độ cao, điện áp sụt giảm của pin mới rất nhỏ, trong khi điện áp của pin cũ giảm mạnh, khiến hệ thống kích hoạt bảo vệ điện áp thấp sớm, không giải phóng hết năng lượng và dẫn đến pin nóng hơn. SOH loại công suất của pin có thể được tính bằng cách tăng điện trở trong.

II. Vai trò của SOH: Tại sao nó lại quan trọng? Trạng thái Hài hòa (SOH) không phải là một chỉ số học thuật trừu tượng; nó đóng vai trò thiết yếu trong suốt vòng đời của pin, đặc biệt là về mặt an toàn và hiệu quả kinh tế.

1. Đối với người dùng:

· Đánh giá giá trị còn lại của pin và tuổi thọ dự kiến:

* Xe điện: SOH là chỉ số quan trọng để đánh giá giá trị của một chiếc xe đã qua sử dụng. Nó phản ánh trực tiếp phạm vi hoạt động còn lại của xe. Người dùng có thể sử dụng SOH để xác định xem pin có còn được bảo hành hay không (ví dụ, các nhà sản xuất thường cam kết "SOH không thấp hơn 70% trong vòng 8 năm hoặc 160.000 km").

* Hệ thống lưu trữ năng lượng: Giúp người dùng hiểu được khả năng truyền tải năng lượng thực tế của hệ thống lưu trữ năng lượng và thực hiện các tính toán lợi ích kinh tế.

· Hướng dẫn thói quen sử dụng: Hiểu được xu hướng giảm của SOH cho phép người dùng sử dụng và bảo trì pin một cách khoa học hơn, làm chậm quá trình lão hóa của pin.

2. Đối với Hệ thống quản lý pin (BMS):

Đây là khu vực cốt lõi của Vai trò của SOH. BMS sử dụng thông tin SOH để điều chỉnh linh hoạt các chiến lược kiểm soát nhằm đạt được các mục tiêu về an toàn, hiệu quả và tuổi thọ.

• Chiến lược sạc/xả được tối ưu hóa:

o Giới hạn công suất: Khi SOH giảm (điện trở bên trong tăng), BMS sẽ dần dần giới hạn công suất sạc/xả tối đa của pin để ngăn ngừa sạc quá mức/xả quá mức và sinh nhiệt quá mức, đảm bảo an toàn.

o Đường cơ sở tính toán dung lượng: BMS tính toán phạm vi còn lại (SOC) dựa trên đường cơ sở "dung lượng đầy", tức là dung lượng sử dụng tối đa hiện tại được điều chỉnh theo thời gian thực theo SOH. Một ắc quy có SOH là 80%, ngay cả khi SOC hiển thị 100%, cũng chỉ có 80% dung lượng ban đầu.

• Đảm bảo hoạt động an toàn:

o Pin cũ (thường có SOH thấp) có hệ thống hóa học bên trong không ổn định hơn và nguy cơ mất kiểm soát nhiệt cao hơn. BMS có thể chuyển sang chế độ quản lý thận trọng hơn dựa trên giá trị SOH, tăng cường giám sát và bảo vệ.

• Đạt được sự quản lý cân bằng:

o Thông tin SOH giúp BMS xác định thông minh hơn liệu sự không nhất quán trong các tế bào trong bộ pin là do sự không nhất quán SOC có thể đảo ngược hoặc sự suy giảm công suất không thể đảo ngược (sự không nhất quán SOH), do đó cho phép các biện pháp cân bằng hiệu quả hơn.

3. Sử dụng cho mục đích thứ cấp: Khi tình trạng sức khỏe (SOH) của pin điện giảm xuống khoảng 80%, pin có thể không còn đáp ứng được yêu cầu về phạm vi hoạt động và công suất của xe, nhưng vẫn giữ được giá trị còn lại đáng kể.

· Sàng lọc cho mục đích sử dụng thứ cấp: SOH là tiêu chí cốt lõi để xác định xem pin đã qua sử dụng có phù hợp cho các mục đích sử dụng thứ cấp như lưu trữ năng lượng, xe điện tốc độ thấp và nguồn điện dự phòng hay không. Dựa trên yêu cầu về mật độ năng lượng của các ứng dụng khác nhau, pin đã qua sử dụng có thể được phân loại và tái sử dụng chính xác.

Tóm lại, SOH của pin lithium sắt phosphate là một chỉ số sức khỏe toàn diện, xuất phát từ quá trình lão hóa hóa học và vật lý không thể đảo ngược bên trong pin. Vai trò của nó là cung cấp cơ sở quyết định quan trọng cho việc quản lý an toàn pin, ước tính trạng thái, đánh giá giá trị và sử dụng thứ cấp.