I. El principio de SOH: ¿Qué refleja?

La esencia del SOH radica en cuantificar el grado de envejecimiento de la batería. Este envejecimiento se refleja principalmente en dos aspectos, que constituyen la base física del cálculo del SOH:

1. Decaimiento de la capacidad

Esta es la manifestación más esencial e intuitiva del estado de salud (SOH). Tras un uso prolongado, la cantidad total de carga que una batería puede almacenar y liberar disminuirá irreversiblemente.

· Principios físicos:

Pérdida de litio activo: Durante los ciclos de carga y descarga, el electrolito experimenta reacciones secundarias con la superficie del electrodo, formando una película sólida en la interfaz electrolítica. Esta película continúa creciendo y consume iones de litio libres disponibles, lo que reduce la cantidad de litio efectivo que participa en las reacciones de carga y descarga.

o Degradación de la estructura del material del electrodo: La estructura cristalina de los materiales de los electrodos positivo y negativo sufre transiciones de fase irreversibles, disolución o colapso durante la inserción y extracción repetidas de iones de litio, lo que resulta en menos "posiciones" para almacenar iones de litio o una disminución de su capacidad para hacerlo.

Resultado: Una batería nueva con una capacidad nominal de 100 Ah puede, tras varios años de uso, liberar solo 80 Ah después de cargarse y descargarse completamente. Su estado de salud (SOH) de tipo capacidad es (80 Ah / 100 Ah) * 100% = 80%.

2. Rendimiento de potencia disminuido (aumento de la resistencia interna)

La resistencia interna de la batería determina su voltaje de funcionamiento y la generación de calor durante la carga y descarga. Una mayor resistencia interna conlleva un menor rendimiento de la batería.

• Principios físicos:

* Aumento de la resistencia óhmica interna: Corrosión del colector de corriente, aumento de la resistencia de contacto entre el material del electrodo y el colector de corriente, etc.

* Aumento de la resistencia interna a la polarización electroquímica: Debido al engrosamiento mencionado anteriormente de la película SEI y a la disminución de la actividad del material del electrodo, se dificulta la intercalación y desintercalación de los iones de litio en el electrodo, lo que ralentiza la velocidad de reacción.

* Aumento de la resistencia interna por polarización de concentración: La velocidad de transporte de los iones de litio en el electrolito disminuye.

Resultados: Al descargarse a la misma alta velocidad, la caída de tensión de una batería nueva es mínima, mientras que la de una batería usada disminuye drásticamente, lo que provoca que el sistema active prematuramente la protección contra baja tensión, impidiendo la liberación completa de la energía y generando un calentamiento más severo de la batería. Su estado de salud (SOH) de tipo potencia se puede calcular a partir del aumento de la resistencia interna.

II. El papel del SOH: ¿Por qué es tan importante? El Estado de Armonía (SOH) no es un indicador académico abstracto; juega un papel crucial a lo largo de todo el ciclo de vida de la batería, especialmente en términos de seguridad y eficiencia económica.

1. Para usuarios:

· Evaluación del valor restante y la vida útil esperada de la batería:

* Electric Vehicles: SOH is a key indicator for measuring the value of a used car. It directly reflects the vehicle's remaining driving range. Users can use SOH to determine if the battery is still under warranty (manufacturers typically promise, for example, "SOH not lower than 70% within 8 years or 160,000 kilometers").

* Energy Storage Systems: Helps users understand the actual energy throughput capacity of the energy storage system and perform economic benefit calculations.

· Guiding Usage Habits: Understanding the downward trend of SOH allows users to use and maintain the battery more scientifically, delaying its aging.

2. For Battery Management Systems (BMS):

This is the core area of SOH's role. The BMS uses SOH information to dynamically adjust its control strategies to achieve safety, efficiency, and longevity goals.

• Optimized Charge/Discharge Strategy:

o Power Limitation: As SOH decreases (internal resistance increases), the BMS gradually limits the battery's maximum charge/discharge power to prevent overcharging/over-discharging and excessive heat generation, ensuring safety.

o Capacity Calculation Baseline: The BMS calculates the remaining range (SOC) based on a "full capacity" baseline, which is the current maximum usable capacity adjusted in real-time according to SOH. A battery with an SOH of 80%, even if the SOC shows 100%, only has 80% of its original capacity.

• Ensuring Safe Operation:

o Aging batteries (usually with low SOH) have more unstable internal chemical systems and a higher risk of thermal runaway. The BMS can enter a more conservative management mode based on the SOH value, strengthening monitoring and protection.

• Achieving Balanced Management:

o SOH information helps the BMS more intelligently determine whether the inconsistencies in the cells within the battery pack are caused by reversible SOC inconsistencies or irreversible capacity decay (SOH inconsistencies), thus enabling more effective balancing measures.

3. For secondary use: When the State of Health (SOH) of a power battery drops to around 80%, it may no longer meet the vehicle's range and power requirements, but it still retains significant residual value.

· Screening for secondary use: SOH is a core criterion for determining whether retired batteries are suitable for secondary use scenarios such as energy storage, low-speed electric vehicles, and backup power supplies. Based on the energy density requirements of different application scenarios, retired batteries can be precisely graded and repurposed.

In summary, the SOH of lithium iron phosphate batteries is a comprehensive health indicator, stemming from irreversible chemical and physical aging within the battery. Its role is to provide crucial decision-making basis for battery safety management, state estimation, value assessment, and secondary use.