O envelhecimento das baterias de lítio é um processo gradual de longo prazo, e a saúde da bateria é afetada por vários fatores, como temperatura, taxa de corrente e tensão de corte. Atualmente, algumas conquistas foram alcançadas na pesquisa e análise de modelagem do estado de saúde da bateria. Pesquisas relacionadas incluem mecanismo de degradação da bateria e análise do fator de envelhecimento, gerenciamento da integridade da bateria, monitoramento e estimativa do status da bateria, previsão da vida útil da bateria, etc.
No entanto, ainda falta um resumo relativamente completo e uma revisão da avaliação do estado de saúde da bateria de lítio. Este artigo apresenta sistematicamente o status da pesquisa e o progresso do estado de saúde da bateria a partir de cinco aspectos: definição, fatores de influência, modelo de avaliação, dificuldades de pesquisa e importância da pesquisa do estado de saúde da bateria.
1. Definição do estado de saúde da bateria
A bateria SOH caracteriza a capacidade da bateria atual de armazenar energia elétrica em relação à nova bateria e representa o estado da bateria desde o início até o final de sua vida na forma de uma porcentagem. Existem muitos indicadores de desempenho de baterias. Existem muitas definições de SOH no país e no exterior, mas há uma falta de unidade no conceito. Actualmente, a definição de SOH reflecte-se principalmente em vários aspectos como capacidade, electricidade, resistência interna, tempos de ciclo e potência de pico.
1 Definição de Capacidade SOH
Existem muitas literaturas sobre a definição de SOH pela diminuição da capacidade da bateria, e a definição de SOH é dada da seguinte forma:Na fórmula: Caged é a capacidade atual da bateria; Crated é a capacidade nominal da bateria.
2 Definição de eletricidade SOH
A definição de SOH para consumo de eletricidade é semelhante à definição de capacidade, porque a capacidade nominal da bateria tem capacidade efetiva real e capacidade máxima, e a capacidade real da bateria é um pouco diferente da capacidade nominal nominal, portanto, algumas literaturas definem SOH do ponto de vista da capacidade de descarga da bateria.
3 Resistência interna define SOH
O aumento da resistência interna da bateria é uma manifestação importante do envelhecimento da bateria e é também a razão para o seu maior envelhecimento. Muitas literaturas utilizam a resistência interna para definir o SOH.
4 O número de ciclos restantes define SOH
Além de utilizar indicadores de desempenho da bateria como capacidade e resistência interna para definir o SOH, também existem literaturas que definem o SOH da bateria pelo número de ciclos restantes da bateria
As definições SOH dos quatro tipos de baterias acima são relativamente comuns na literatura. A definição de capacidade e eletricidade é altamente operável, mas a capacidade é o desempenho externo da bateria, enquanto a operabilidade da definição de resistência interna e tempos restantes não é forte. A resistência interna está relacionada ao SOC e à temperatura e não é fácil de medir. O número de ciclos restantes e o número total de ciclos não são fáceis de medir. não pode ser previsto com precisão.
2. Fatores que afetam o estado de saúde das baterias de lítio
Nos últimos anos, muitas literaturas nacionais e estrangeiras estudaram o mecanismo de envelhecimento e as leis das baterias de lítio. Acredita-se geralmente que a deposição de íons de lítio, o espessamento do filme SEI e a perda de materiais ativos são as principais razões para o envelhecimento da bateria e a diminuição da capacidade. O abuso de baterias de lítio acelerará o envelhecimento da bateria, e o carregamento e descarregamento normais das baterias também afetarão a saúde da bateria e acelerarão o envelhecimento da bateria.
1 Influência da temperatura no SOH da bateria
A temperatura é geralmente considerada o principal fator que afeta a saúde da bateria. A temperatura tem um impacto duplo no desempenho da bateria. Por um lado, a alta temperatura irá acelerar a reação química dentro da bateria e melhorar a eficiência e o desempenho da bateria. Ao mesmo tempo, a alta temperatura também acelerará algumas reações químicas irreversíveis. A reação ocorre, resultando na diminuição do material ativo da bateria, causando envelhecimento e diminuição da capacidade da bateria. Dados experimentais mostram que a alta temperatura acelerará o crescimento do filme SEI do eletrodo da bateria, e a dificuldade dos íons de lítio penetrarem no filme SEI aumentará, o que equivale a um aumento na resistência interna da bateria.
2 Influência da taxa de corrente de carga e descarga no SOH da bateria
A taxa de carga e descarga afetará a vida útil da bateria. A bateria Sony 18650 foi testada durante 300 ciclos em três taxas de descarga diferentes. Ao mesmo tempo, a descarga de alta taxa gerará mais calor dentro da bateria, o que acelerará o envelhecimento da bateria. Observa-se ao microscópio eletrônico que o filme SEI na superfície do eletrodo da bateria de descarga de alta taxa é mais espesso do que o da descarga de baixa taxa.
3 Influência da profundidade de descarga no SOH da bateria
A profundidade de carga e descarga da bateria tem impacto na saúde e no envelhecimento da bateria. Acredita-se que a bateria acumulou energia de transferência total, e a análise de deterioração e envelhecimento da capacidade da bateria é realizada com base na energia de transferência total. Gao Fei et al. analisou a relação entre a energia de transferência acumulativa da bateria e a deterioração da capacidade da bateria através dos testes de ciclo de diferentes profundidades de descarga de baterias de lítio e concluiu que antes que a capacidade da bateria decaia para 85%, a energia de transferência acumulativa da bateria é na carga profunda e na descarga profunda e na deterioração da capacidade da bateria. Os dois modos de carga superficial e descarga superficial são basicamente os mesmos. Quando a capacidade da bateria diminui para 85% ~ 75%, a energia de transferência acumulativa e a eficiência energética da bateria são melhores do que o modo de carga e descarga superficial.
4 Influência do intervalo do ciclo no SOH da bateria
O intervalo do ciclo de carga e descarga da bateria também afetará o processo de envelhecimento da bateria. A resistência interna da bateria de carga-descarga é diferente para diferentes intervalos de ciclo. Portanto, o calor e a reação da bateria durante o ciclo são ligeiramente diferentes, o que afetará a saúde e o envelhecimento da bateria a longo prazo. Portanto, alguns especialistas sugerem que a faixa SOC da bateria é de 20% a 80%, o que é benéfico para a saúde e o ciclo de vida da bateria.
5 Influência da tensão de corte de carga-descarga no SOH da bateria
A sobrecarga e a descarga excessiva da bateria afetarão a saúde da bateria, e os limites de tensão superior e inferior inadequados afetarão a bateria. Quanto menor a tensão de corte de descarga, maior será a resistência interna da bateria, resultando em aquecimento interno da bateria, aumento das reações colaterais, redução dos materiais ativos da bateria e colapso da folha de grafite negativa, envelhecimento acelerado e deterioração da capacidade do bateria. A tensão de corte de carga excessiva faz com que a resistência interna da bateria aumente, o calor interno da bateria aumenta e a sobrecarga causa o fenômeno de “precipitação de lítio” do eletrodo negativo e o aumento correspondente nas reações colaterais, o que afeta a capacidade e envelhecimento da bateria.
Em resumo, a temperatura operacional, a taxa de carga-descarga, a profundidade de descarga, o intervalo do ciclo e a tensão de corte de carga-descarga da bateria terão impacto na saúde e na vida útil da bateria. Atualmente, a pesquisa sobre os fatores que influenciam o estado de saúde da bateria está em fase de pesquisa qualitativa. A análise quantitativa desses fatores que influenciam o envelhecimento da bateria e a relação de acoplamento entre esses fatores são as dificuldades da pesquisa e o foco da pesquisa sobre a saúde e a vida da bateria no futuro.
