วิธีการคำนวณ SOC

SOC คืออะไร?

สถานะการชาร์จ (SOC) ของแบตเตอรี่ คืออัตราส่วนของประจุที่มีอยู่ในปัจจุบันต่อความจุประจุทั้งหมด ซึ่งโดยปกติจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ การคำนวณ SOC อย่างแม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่งระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS)เนื่องจากช่วยในการกำหนดพลังงานที่เหลืออยู่ จัดการการใช้งานแบตเตอรี่ และควบคุมกระบวนการชาร์จและคายประจุจึงช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้

วิธีการหลักสองวิธีที่ใช้ในการคำนวณ SOC คือ วิธีการอินทิเกรตกระแสไฟฟ้า และวิธีการวัดแรงดันวงจรเปิด ทั้งสองวิธีต่างมีข้อดีและข้อเสีย และแต่ละวิธีก็ทำให้เกิดข้อผิดพลาดได้ ดังนั้น ในการใช้งานจริง จึงมักใช้ทั้งสองวิธีร่วมกันเพื่อเพิ่มความแม่นยำ

 

1. วิธีการบูรณาการปัจจุบัน

วิธีการคำนวณค่า SOC ในปัจจุบันใช้การรวมกระแสการชาร์จและการคายประจุ ข้อดีคือความเรียบง่าย ไม่จำเป็นต้องปรับเทียบ ขั้นตอนมีดังนี้:

1. บันทึกค่า SOC ณ จุดเริ่มต้นของการชาร์จหรือการคายประจุ
2. วัดกระแสไฟฟ้าขณะชาร์จและคายประจุ
3. รวมกระแสไฟฟ้าเพื่อหาการเปลี่ยนแปลงของประจุ
4. คำนวณค่า SOC ปัจจุบันโดยใช้ค่า SOC เริ่มต้นและการเปลี่ยนแปลงของประจุ

สูตรคือ:

SOC = SOC เริ่มต้น + Q∫(I⋅dt)

ที่ไหนI คือกระแสไฟฟ้า, Q คือความจุของแบตเตอรี่ และ dt คือช่วงเวลา

สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ เนื่องจากความต้านทานภายในและปัจจัยอื่นๆ วิธีการคำนวณกระแสไฟฟ้าในปัจจุบันจึงมีความคลาดเคลื่อนอยู่บ้าง นอกจากนี้ยังต้องใช้ระยะเวลาในการชาร์จและคายประจุที่ยาวนานขึ้นเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น

 

2. วิธีการวัดแรงดันวงจรเปิด

วิธีการวัดแรงดันวงเปิด (OCV) คำนวณสถานะการชาร์จ (SOC) โดยการวัดแรงดันของแบตเตอรี่เมื่อไม่มีโหลด ข้อดีหลักของวิธีนี้คือความเรียบง่าย เนื่องจากไม่จำเป็นต้องวัดกระแสไฟฟ้า ขั้นตอนมีดังนี้:

1. กำหนดความสัมพันธ์ระหว่าง SOC และ OCV โดยอิงจากข้อมูลรุ่นแบตเตอรี่และผู้ผลิต
2. วัดค่า OCV ของแบตเตอรี่
3. คำนวณค่า SOC โดยใช้ความสัมพันธ์ระหว่าง SOC และ OCV

โปรดทราบว่ากราฟ SOC-OCV จะเปลี่ยนแปลงไปตามการใช้งานและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ จึงจำเป็นต้องทำการปรับเทียบเป็นระยะเพื่อรักษาความแม่นยำ ความต้านทานภายในก็มีผลต่อวิธีการนี้เช่นกัน และข้อผิดพลาดจะยิ่งมากขึ้นในสภาวะการคายประจุสูง

 

3. การผสมผสานวิธีการอินทิเกรตกระแสไฟฟ้าและวิธีการ OCV

เพื่อเพิ่มความแม่นยำ มักมีการนำวิธีการอินทิเกรตและ OCV ในปัจจุบันมาใช้ร่วมกัน โดยขั้นตอนสำหรับวิธีการนี้มีดังนี้:

1. ใช้ระเบียบวิธีรวมกระแสไฟฟ้าเพื่อติดตามการชาร์จและการคายประจุ เพื่อให้ได้ค่า SOC1
2. วัดค่า OCV และใช้ความสัมพันธ์ SOC-OCV ในการคำนวณค่า SOC2
3. นำ SOC1 และ SOC2 มารวมกันเพื่อให้ได้ SOC สุดท้าย

สูตรคือ:

SOC = k1⋅SOC1 + k2⋅SOC2

ที่ไหนk1 และ k2 คือค่าสัมประสิทธิ์น้ำหนักที่รวมกันได้เท่ากับ 1 การเลือกค่าสัมประสิทธิ์ขึ้นอยู่กับการใช้งานแบตเตอรี่ ระยะเวลาการทดสอบ และความแม่นยำ โดยทั่วไปแล้ว k1 จะมีค่ามากกว่าสำหรับการทดสอบการชาร์จ/คายประจุที่ยาวนานกว่า และ k2 จะมีค่ามากกว่าสำหรับการวัดค่า OCV ที่แม่นยำยิ่งขึ้น

จำเป็นต้องมีการปรับเทียบและแก้ไขเพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำเมื่อนำวิธีการต่างๆ มาใช้ร่วมกัน เนื่องจากความต้านทานภายในและอุณหภูมิก็ส่งผลต่อผลลัพธ์เช่นกัน

 

บทสรุป

วิธีการคำนวณค่าประจุในแบตเตอรี่ (SOC) หลักๆ คือ วิธีการอินทิเกรตกระแสไฟฟ้าและวิธีการ OCV โดยแต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกัน การผสมผสานทั้งสองวิธีเข้าด้วยกันจะช่วยเพิ่มความแม่นยำและความน่าเชื่อถือได้ อย่างไรก็ตาม การปรับเทียบและการแก้ไขค่ามีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการกำหนดค่า SOC ที่แม่นยำ