以時光回溯法應用於鋰電池使用中監測及價值評估：材料世界網

因應全球電動車輛及儲能系統趨勢，鋰電池扮演著重要的角色。然鋰電池在系統的成本占比高、回收期長、使用方式又影響產品壽命甚鉅，如何評價使用中的鋰電池，確認其功能價值，為吸引投資營運的重要關鍵。

本文將從以下大綱，介紹一個簡單、不涉及各個廠商專屬技術的電池評價方法。

‧前言

‧常見之電池壽命的推估方法

　1. 量測SOH的常用方法

　2. 電池SOH的推估方法評析

‧時光回溯法應用於電池價值評估

　1. 時光回溯法資料蒐集項目與原理

　2. 已知風險掃描

　3. 電池性能評價

　4. 電池壽命的預測統計方法

‧結論

　1. 時光回溯法作為評價電池的可行性分析

　2. 獲利模式影響時光回溯法必要性

　3. 可考量建立電池交易第三方公評機構

【內文精選】

前言

國內電動機車推動數量從103年起每年成長200%，107年補助達78,669輛，累計補助推動達175,642輛。在台灣的電動機車市場產生了電池租賃的新商業模式，如表一。因此，確保鋰電池的使用壽命越長，或者精準地評估使用中電池何時應從電動車輛退役轉用，發揮其生命週期最大價值亦是關鍵。

然目前大部分的鋰電池像個黑盒子，不管新舊、劣化程度，無法從外觀重量增減、體積大小來直觀辨別。雖然有安全測試及電池管理系統保護，還是有可能因為不當使用而失效。Gogoro已有完整電池交換後台蒐集監控所有電池資訊，掌握每一顆電池的狀態，值得其他有意推行電池租賃營運的廠商效法。惟Gogoro的電池監控技術為封閉系統，外人無從得知，第三方亦無法幫其背書。本研究提出一個評價使用中鋰電池的框架概念方法，期望透過物聯網技術保留記錄電池系統的電壓、電流、溫度等數據變化，以時光回溯法(Time Backtracking Method)還原整個充放電行為及使用環境歷史，進行風險掃描、確認性能及預估電池壽命，以作為評價基礎。

常見之電池壽命的推估方法

系統上評估電池剩餘壽命常用的方式是利用BMS (Battery Management System)記錄電池模組的已使用循環次數。以充放電電量SOC (State of Charge)百分比累計方式，累計至DOD (Depth of Discharge) 80%即增加該電池模組被循環使用的紀錄一次，再比對電池芯「DOD 80% vs. Cycles循環次數」在實驗室的數據，推估該電池模組剩餘多少循環壽命。使用過程當中，再輔以電池的健康檢查方法，檢查電池健康狀況(State of Health; SOH)，反覆評估修正。

時光回溯法應用於電池價值評估

時光回溯法為一種框架概念方法，以一個簡單、不涉及各個廠商專屬技術的方法來進行電池價值評估(Evaluation)。期望透過物聯網技術記錄電池系統的電壓、電流、溫度，運用數據變化的特性，還原整個充放電行為及使用環境歷史，進行風險掃描、確認性能及預估電池壽命。可提供評估報告給投資者、營運商、買家、放款銀行，由其賦予電池適當之價值。

1. 時光回溯法資料蒐集項目與原理

(2) 時光回溯法回溯原理

利用電池系統中電壓、電流與溫度的變化歷史，還原整個電池系統被使用的充放電行為及環境歷史（圖二）。首先，在暫不考慮煞車回充電的情況下，可以從電流的進出區分電池充電及放電的兩大使用情境，若無電流進出則在閒置(Idle)狀態。另外利用定電流充電時，溫度會上升的現象，以及定電壓充電時，電流不斷減小、溫度逐漸下降的現象，又可以將充電區分為CC與CV階段。運用這些基本原則進行時光回溯，可以將電池使用歷史切割統計。

圖二、以時光回溯法還原電池所經過之充放電歷程

2. 已知風險掃描

(1) 操作視窗掃描

運用時光回溯法，將電池放電到當時最深的最低電壓及最高溫度進行統計，可以得到泡泡圖（圖三）。其代表這顆電池過往的放電歷史，可檢驗電池是否在設定的操作視窗(Operation Window)下操作，如過高電壓、過低電壓、過溫、過電流。超出操作視窗可能表示BMS和電池的設計是有問題；面臨操作視窗可能表示相對較高的失效風險。

3. 電池性能評價

(1) 電池劣化程度

為能在電池使用過程中線上進行估測，庫倫積分法是最佳的方法。累積運算電池系統在放電到某一電壓範圍（如3.7~3.85 V）所釋放出的電量，與出廠時進行比對，可估測出電池系統在此電壓範圍的劣化程度（圖五）。