I. หลักการของ SOH สะท้อนถึงอะไรบ้าง?

แก่นแท้ของ SOH คือการประเมินระดับความเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ อายุการใช้งานนี้สะท้อนให้เห็นในสองแง่มุมหลัก ซึ่งเป็นพื้นฐานทางกายภาพของการคำนวณ SOH เช่นกัน:

1. การสลายตัวของความจุ

นี่คือการแสดงออกที่เป็นรูปธรรมและเข้าใจง่ายที่สุดของ SOH หลังจากใช้งานเป็นเวลานาน ปริมาณประจุทั้งหมดที่แบตเตอรี่สามารถเก็บและปลดปล่อยได้จะลดลงอย่างถาวร

- หลักการทางกายภาพ:

o การสูญเสียลิเธียมแบบแอคทีฟ: ในระหว่างรอบการทำงาน อิเล็กโทรไลต์จะเกิดปฏิกิริยาข้างเคียงกับพื้นผิวอิเล็กโทรด ก่อตัวเป็นฟิล์มอินเทอร์เฟซอิเล็กโทรไลต์แบบแข็ง ฟิล์มนี้จะขยายตัวอย่างต่อเนื่องและกินลิเธียมไอออนอิสระที่มีอยู่ ส่งผลให้ "ลิเธียมที่มีประสิทธิภาพ" ที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาการชาร์จและการคายประจุลดลง

o การเสื่อมสภาพของโครงสร้างวัสดุอิเล็กโทรด: โครงสร้างผลึกของวัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบจะเกิดการเปลี่ยนเฟส การละลาย หรือการยุบตัวอย่างไม่สามารถย้อนกลับได้ในระหว่างการแทรกและการสกัดไอออนลิเธียมซ้ำๆ ส่งผลให้มี "ตำแหน่ง" สำหรับการเก็บไอออนลิเธียมน้อยลงหรือความสามารถในการเก็บไอออนลิเธียมลดลง

ผลลัพธ์: แบตเตอรี่ใหม่ที่มีความจุ 100Ah หลังจากใช้งานไปหลายปี อาจปล่อยประจุไฟฟ้าออกมาได้เพียง 80Ah หลังจากชาร์จจนเต็มแล้วปล่อยประจุไฟฟ้าออก ค่าความจุของแบตเตอรี่ชนิด SOH คือ (80Ah / 100Ah) * 100% = 80%

2. ประสิทธิภาพพลังงานลดลง (ความต้านทานภายในเพิ่มขึ้น)

ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่เป็นตัวกำหนดแรงดันไฟฟ้าใช้งานและความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการชาร์จและการคายประจุ ความต้านทานภายในที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลง

- หลักการทางกายภาพ:

* เพิ่มความต้านทานภายในแบบโอห์มิก: การกัดกร่อนของตัวรวบรวมกระแสไฟฟ้า เพิ่มความต้านทานการสัมผัสระหว่างวัสดุอิเล็กโทรดและตัวรวบรวมกระแสไฟฟ้า ฯลฯ

* เพิ่มความต้านทานภายในของการโพลาไรเซชันทางเคมีไฟฟ้า: เนื่องมาจากความหนาของฟิล์ม SEI ดังที่กล่าวมาข้างต้นและกิจกรรมของวัสดุอิเล็กโทรดที่ลดลง ทำให้ไอออนลิเธียมแทรกซึมและสลายตัวในอิเล็กโทรดได้ยากขึ้น ส่งผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาช้าลง

* เพิ่มความเข้มข้นของโพลาไรเซชันความต้านทานภายใน: ความเร็วในการขนส่งของไอออนลิเธียมในอิเล็กโทรไลต์ช้าลง

ผลลัพธ์: เมื่อคายประจุในอัตราที่สูงเท่ากัน แรงดันตกของแบตเตอรี่ใหม่จะน้อยมาก ในขณะที่แรงดันตกของแบตเตอรี่เก่าจะลดลงอย่างรวดเร็ว ทำให้ระบบทำงานการป้องกันแรงดันต่ำก่อนกำหนด ทำให้ไม่สามารถปล่อยพลังงานทั้งหมดออกมาได้ และทำให้แบตเตอรี่ร้อนจัดขึ้น ค่า SOH ประเภทกำลังไฟฟ้าของแบตเตอรี่สามารถคำนวณได้จากการเพิ่มขึ้นของความต้านทานภายใน

II. บทบาทของ SOH: เหตุใดจึงสำคัญ? สถานะแห่งความกลมกลืน (SOH) ไม่ใช่ตัวบ่งชี้ทางวิชาการที่เป็นนามธรรม แต่มีบทบาทสำคัญตลอดวงจรชีวิตของแบตเตอรี่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ

1. สำหรับผู้ใช้:

- การประเมินมูลค่าแบตเตอรี่คงเหลือและอายุการใช้งานที่คาดหวัง:

* รถยนต์ไฟฟ้า: SOH เป็นตัวบ่งชี้สำคัญในการวัดมูลค่าของรถยนต์มือสอง โดยสะท้อนระยะทางขับขี่ที่เหลืออยู่ของรถยนต์โดยตรง ผู้ใช้สามารถใช้ SOH เพื่อตรวจสอบว่าแบตเตอรี่ยังอยู่ในการรับประกันหรือไม่ (ผู้ผลิตมักให้คำมั่นสัญญา เช่น "SOH ไม่ต่ำกว่า 70% ภายใน 8 ปี หรือ 160,000 กิโลเมตร")

* ระบบกักเก็บพลังงาน: ช่วยให้ผู้ใช้เข้าใจความสามารถในการจ่ายพลังงานที่แท้จริงของระบบกักเก็บพลังงานและคำนวณผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ

- แนวทางการใช้งาน: การทำความเข้าใจแนวโน้มขาลงของ SOH ช่วยให้ผู้ใช้ใช้งานและบำรุงรักษาแบตเตอรี่ได้อย่างเป็นวิทยาศาสตร์มากขึ้น ทำให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพช้าลง

2. สำหรับระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS):

นี่คือพื้นที่หลักของ บทบาทของ SOH: BMS ใช้ข้อมูล SOH เพื่อปรับกลยุทธ์การควบคุมแบบไดนามิก เพื่อบรรลุเป้าหมายด้านความปลอดภัย ประสิทธิภาพ และอายุการใช้งานที่ยาวนาน

- กลยุทธ์การชาร์จ/การระบายที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม:

o การจำกัดพลังงาน: เมื่อ SOH ลดลง (ความต้านทานภายในเพิ่มขึ้น) BMS จะค่อยๆ จำกัดพลังงานในการชาร์จ/ปล่อยประจุสูงสุดของแบตเตอรี่เพื่อป้องกันการชาร์จ/ปล่อยประจุมากเกินไป และการเกิดความร้อนที่มากเกินไป เพื่อความปลอดภัย

o การคำนวณความจุพื้นฐาน: BMS คำนวณช่วงที่เหลือ (SOC) โดยอ้างอิงจากค่าพื้นฐาน "ความจุเต็ม" ซึ่งเป็นความจุสูงสุดที่ใช้งานได้จริงในปัจจุบันที่ปรับตามเวลาจริงตาม SOH แบตเตอรี่ที่มี SOH 80% แม้ว่า SOC จะแสดง 100% แต่จะมีความจุเพียง 80% ของความจุเดิม

- การรับประกันการดำเนินงานที่ปลอดภัย:

o แบตเตอรี่ที่เสื่อมสภาพ (โดยปกติจะมีค่า SOH ต่ำ) จะทำให้ระบบเคมีภายในไม่เสถียรและมีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดการรั่วซึมจากความร้อน (Thermal Runaway) BMS สามารถเข้าสู่โหมดการจัดการที่อนุรักษ์นิยมมากขึ้นโดยอิงตามค่า SOH ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการตรวจสอบและป้องกัน

- การบรรลุการบริหารจัดการที่สมดุล:

o ข้อมูล SOH ช่วยให้ BMS พิจารณาได้อย่างชาญฉลาดมากขึ้นว่าความไม่สอดคล้องกันในเซลล์ภายใน แบตเตอรี่แพ็ค เกิดจากความไม่สอดคล้องของ SOC ที่กลับคืนได้หรือการสลายตัวของความจุที่กลับคืนไม่ได้ (ความไม่สอดคล้องของ SOH) ซึ่งทำให้สามารถวัดสมดุลได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

3. สำหรับการใช้งานรอง: เมื่อสถานะสุขภาพ (SOH) ของแบตเตอรี่พลังงานลดลงเหลือประมาณ 80% แบตเตอรี่อาจไม่สามารถตอบสนองความต้องการระยะทางและพลังงานของรถยนต์ได้อีกต่อไป แต่ยังคงรักษามูลค่าคงเหลือไว้ได้มาก

- การคัดกรองสำหรับการใช้งานสำรอง: SOH เป็นเกณฑ์หลักในการพิจารณาว่าแบตเตอรี่ที่เลิกใช้แล้วมีความเหมาะสมสำหรับการใช้งานสำรองหรือไม่ เช่น การกักเก็บพลังงาน รถยนต์ไฟฟ้าความเร็วต่ำ และอุปกรณ์จ่ายไฟสำรอง แบตเตอรี่ที่เลิกใช้แล้วสามารถประเมินและนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างแม่นยำโดยพิจารณาจากข้อกำหนดความหนาแน่นพลังงานของการใช้งานที่แตกต่างกัน

โดยสรุป ค่า SOH ของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตเป็นตัวบ่งชี้สุขภาพที่ครอบคลุม ซึ่งเกิดจากการเสื่อมสภาพทางเคมีและกายภาพภายในแบตเตอรี่ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ บทบาทสำคัญในการตัดสินใจเกี่ยวกับการจัดการความปลอดภัยของแบตเตอรี่ การประเมินสถานะ การประเมินมูลค่า และการใช้งานสำรอง