أولا: مبدأ الصحة والسلامة: ما الذي يعكسه؟

جوهر SOH هو تحديد درجة شيخوخة البطارية. ينعكس هذا الشيخوخة بشكل رئيسي في جانبين، وهما أيضًا الأساس المادي لحساب SOH:

1. تدهور القدرة

هذا هو المظهر الجوهري والبديهي لـ SOH. بعد الاستخدام طويل الأمد، سينخفض إجمالي كمية الشحن التي يمكن للبطارية تخزينها وإطلاقها بشكل لا رجعة فيه.

· المبادئ الفيزيائية:

فقدان الليثيوم النشط: أثناء الدورة، يخضع الإلكتروليت لتفاعلات جانبية مع سطح القطب، مكونًا غشاءً صلبًا بين الإلكتروليت. يستمر هذا الغشاء في النمو ويستهلك أيونات الليثيوم الحرة المتاحة، مما يؤدي إلى انخفاض "الليثيوم الفعال" المشارك في تفاعلات الشحن والتفريغ.

تدهور بنية مادة القطب الكهربائي: يتعرض الهيكل البلوري لمواد القطب الكهربائي الموجبة والسالبة لتحولات طورية لا رجعة فيها، أو إذابة، أو انهيار أثناء الإدخال والاستخراج المتكرر لأيونات الليثيوم، مما يؤدي إلى انخفاض "المواقع" لتخزين أيونات الليثيوم أو انخفاض قدرتها على القيام بذلك.

النتيجة: بطارية جديدة بسعة اسمية ١٠٠ أمبير/ساعة، قد لا تُطلق، بعد عدة سنوات من الاستخدام، سوى ٨٠ أمبير/ساعة بعد شحنها بالكامل وتفريغها. سعة البطارية (SOH) هي (٨٠ أمبير/ساعة / ١٠٠ أمبير/ساعة) × ١٠٠٪ = ٨٠٪.

2. انخفاض أداء الطاقة (زيادة المقاومة الداخلية)

تُحدد المقاومة الداخلية للبطارية جهد التشغيل والحرارة المُولّدة أثناء الشحن والتفريغ. وتؤدي زيادة المقاومة الداخلية إلى ضعف أداء البطارية.

• المبادئ الفيزيائية:

* زيادة المقاومة الداخلية الأومية: تآكل جامع التيار، وزيادة مقاومة التلامس بين مادة القطب وجامع التيار، وما إلى ذلك.

* زيادة المقاومة الداخلية للاستقطاب الكهروكيميائي: بسبب السماكة المذكورة أعلاه لفيلم SEI وانخفاض نشاط مادة القطب، يصبح من الصعب على أيونات الليثيوم التداخل وإزالة التداخل في القطب، مما يؤدي إلى إبطاء معدل التفاعل.

* زيادة تركيز الاستقطاب المقاومة الداخلية: تتباطأ سرعة نقل أيونات الليثيوم في الإلكتروليت.

النتائج: عند التفريغ بنفس المعدل العالي، يكون انخفاض جهد البطارية الجديدة ضئيلاً للغاية، بينما ينخفض جهد البطارية القديمة بشكل حاد، مما يؤدي إلى تفعيل نظام حماية الجهد المنخفض قبل الأوان، مما يؤدي إلى عدم إطلاق كامل الطاقة، وزيادة ارتفاع درجة حرارة البطارية. يمكن حساب قدرة البطارية من خلال زيادة المقاومة الداخلية.

ثانيًا. دور حالة الانسجام (SOH): ما أهميتها؟ حالة الانسجام (SOH) ليست مؤشرًا أكاديميًا مجردًا؛ بل تلعب دورًا محوريًا طوال دورة حياة البطارية، لا سيما من حيث السلامة والكفاءة الاقتصادية.

1. للمستخدمين:

· تقييم القيمة المتبقية للبطارية والعمر المتوقع:

* السيارات الكهربائية: يُعد مؤشر حالة البطارية (SOH) مؤشرًا رئيسيًا لقياس قيمة السيارة المستعملة، فهو يعكس مباشرةً المسافة المتبقية للسيارة. يمكن للمستخدمين استخدام مؤشر حالة البطارية (SOH) لتحديد ما إذا كانت البطارية لا تزال تحت الضمان (عادةً ما تعد الشركات المصنعة، على سبيل المثال، بأن "حالة البطارية لا تقل عن 70% خلال 8 سنوات أو 160,000 كيلومتر").

* أنظمة تخزين الطاقة: تساعد المستخدمين على فهم سعة إنتاج الطاقة الفعلية لنظام تخزين الطاقة وإجراء حسابات الفوائد الاقتصادية.

· توجيه عادات الاستخدام: إن فهم الاتجاه النزولي لعمر البطارية الطويل يسمح للمستخدمين باستخدام البطارية وصيانتها بطريقة أكثر علمية، مما يؤخر شيخوخة البطارية.

2. بالنسبة لأنظمة إدارة البطارية (BMS):

هذه هي المنطقة الأساسية دور إدارة السلامة والصحة المهنية (SOH). يستخدم نظام إدارة المباني (BMS) معلومات إدارة السلامة والصحة المهنية (SOH) لتعديل استراتيجيات التحكم بشكل ديناميكي لتحقيق أهداف السلامة والكفاءة وطول العمر.

• استراتيجية الشحن/التفريغ المُحسّنة:

o الحد من الطاقة: مع انخفاض SOH (زيادة المقاومة الداخلية)، يقوم نظام إدارة البطارية (BMS) بالحد من الحد الأقصى لطاقة الشحن/التفريغ للبطارية تدريجيًا لمنع الشحن الزائد/التفريغ الزائد وتوليد الحرارة المفرطة، مما يضمن السلامة.

خط الأساس لحساب السعة: يحسب نظام إدارة البطارية (BMS) النطاق المتبقي (SOC) بناءً على خط أساس "السعة الكاملة"، وهو أقصى سعة قابلة للاستخدام حاليًا، مع تعديل فوري وفقًا لحالة الشحن. حتى مع وجود حالة شحن 80%، حتى لو كانت حالة الشحن 100%، فإن البطارية لا تمتلك سوى 80% من سعتها الأصلية.

• ضمان التشغيل الآمن:

تتميز البطاريات القديمة (عادةً ذات نسبة هيدروكسيد الصوديوم المنخفضة) بأنظمة كيميائية داخلية أقل استقرارًا، كما أنها أكثر عرضة للتسرب الحراري. يمكن لنظام إدارة البطارية (BMS) الانتقال إلى وضع إدارة أكثر تحفظًا بناءً على قيمة هيدروكسيد الصوديوم، مما يعزز المراقبة والحماية.

• تحقيق الإدارة المتوازنة:

تساعد معلومات SOH نظام BMS على تحديد ما إذا كانت التناقضات في الخلايا داخل حزمة البطارية تنتج هذه المشاكل عن تناقضات في SOC قابلة للعكس أو اضمحلال غير قابل للعكس في السعة (تناقضات SOH)، مما يتيح تدابير موازنة أكثر فعالية.

3. للاستخدام الثانوي: عندما تنخفض حالة صحة البطارية إلى حوالي 80%، فقد لا تلبي متطلبات مدى السيارة والطاقة، لكنها لا تزال تحتفظ بقيمة متبقية كبيرة.

· فحص الاستخدام الثانوي: يُعدّ SOH معيارًا أساسيًا لتحديد مدى ملاءمة البطاريات المُتخلَّفة للاستخدام الثانوي، مثل تخزين الطاقة، والمركبات الكهربائية منخفضة السرعة، ومصادر الطاقة الاحتياطية. بناءً على متطلبات كثافة الطاقة لمختلف سيناريوهات الاستخدام، يُمكن تصنيف البطاريات المُتخلَّفة بدقة وإعادة استخدامها.

باختصار، يُعدّ مؤشر حالة البطارية (SOH) لبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم مؤشرًا شاملًا لصحة البطارية، وينتج عن الشيخوخة الكيميائية والفيزيائية غير القابلة للعكس داخلها. ويتمثل دوره في توفير أساس حاسم لاتخاذ القرارات المتعلقة بإدارة سلامة البطارية، وتقدير حالتها، وتقييم قيمتها، والاستخدام الثانوي.