วิธีการคำนวณ SOC

SOC คืออะไร?

สถานะการชาร์จ (SOC) ของแบตเตอรี่คืออัตราส่วนของประจุไฟฟ้าปัจจุบันที่มีต่อความจุประจุไฟฟ้าทั้งหมด ซึ่งโดยปกติจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ การคำนวณ SOC อย่างแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS)เนื่องจากช่วยในการกำหนดพลังงานที่เหลืออยู่ จัดการการใช้งานแบตเตอรี่ และควบคุมกระบวนการชาร์จและการปล่อยประจุจึงช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่

วิธีการหลักสองวิธีที่ใช้ในการคำนวณ SOC คือวิธีการอินทิเกรตกระแสและวิธีการแรงดันวงจรเปิด ทั้งสองวิธีมีข้อดีและข้อเสีย และแต่ละวิธีก็อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดได้ ดังนั้น ในการใช้งานจริง วิธีการเหล่านี้จึงมักถูกนำมาใช้ร่วมกันเพื่อเพิ่มความแม่นยำ

 

1. วิธีการบูรณาการปัจจุบัน

วิธีการอินทิเกรตปัจจุบันจะคำนวณค่า SOC โดยการอินทิเกรตกระแสชาร์จและกระแสคายประจุ ข้อดีของวิธีนี้คือใช้งานง่าย ไม่ต้องปรับเทียบค่าใดๆ ขั้นตอนมีดังนี้:

1. บันทึก SOC ในช่วงเริ่มต้นการชาร์จหรือการคายประจุ
2. วัดกระแสไฟในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ
3. รวมกระแสไฟฟ้าเพื่อหาการเปลี่ยนแปลงของประจุ
4. คำนวณ SOC ปัจจุบันโดยใช้ SOC เริ่มต้นและการเปลี่ยนแปลงประจุ

สูตรคือ:

SOC=SOC เริ่มต้น+Q∫(I⋅dt)​

ที่ไหนI คือกระแสไฟฟ้า Q คือความจุของแบตเตอรี่ และ dt คือช่วงเวลา

สิ่งสำคัญที่ต้องทราบคือ เนื่องจากความต้านทานภายในและปัจจัยอื่นๆ วิธีการรวมกระแสในปัจจุบันจึงมีข้อผิดพลาดในระดับหนึ่ง นอกจากนี้ ต้องใช้เวลาในการชาร์จและคายประจุนานขึ้นเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น

 

2. วิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด

วิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV) คำนวณค่า SOC โดยการวัดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เมื่อไม่มีโหลด ข้อดีหลักคือความเรียบง่าย ไม่ต้องวัดกระแส มีขั้นตอนดังนี้:

1. สร้างความสัมพันธ์ระหว่าง SOC และ OCV โดยอิงตามรุ่นแบตเตอรี่และข้อมูลของผู้ผลิต
2. วัดค่า OCV ของแบตเตอรี่
3. คำนวณ SOC โดยใช้ความสัมพันธ์ SOC-OCV

โปรดทราบว่าเส้นโค้ง SOC-OCV จะเปลี่ยนแปลงไปตามการใช้งานและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ จึงต้องปรับเทียบเป็นระยะเพื่อรักษาความแม่นยำ ความต้านทานภายในก็มีผลต่อวิธีการนี้เช่นกัน และข้อผิดพลาดจะรุนแรงมากขึ้นในสภาวะคายประจุสูง

 

3. การรวมวิธีการบูรณาการปัจจุบันและ OCV

เพื่อปรับปรุงความแม่นยำ มักนิยมใช้วิธีการผสานรวมและวิธีการ OCV ในปัจจุบันร่วมกัน ขั้นตอนสำหรับวิธีนี้มีดังนี้:

1. ใช้วิธีการบูรณาการปัจจุบันเพื่อติดตามการชาร์จและการปล่อยประจุ และรับ SOC1
2. วัดค่า OCV และใช้ความสัมพันธ์ระหว่าง SOC-OCV เพื่อคำนวณ SOC2
3. รวม SOC1 และ SOC2 เพื่อให้ได้ SOC สุดท้าย

สูตรคือ:

SOC=k1⋅SOC1+k2⋅SOC2

ที่ไหนk1 และ k2 คือค่าสัมประสิทธิ์น้ำหนักที่รวมกันเป็น 1 การเลือกค่าสัมประสิทธิ์จะขึ้นอยู่กับการใช้งานแบตเตอรี่ ระยะเวลาในการทดสอบ และความแม่นยำ โดยทั่วไปแล้ว k1 จะมีค่ามากกว่าสำหรับการทดสอบการชาร์จ/คายประจุที่ยาวนานขึ้น และ k2 จะมีค่ามากกว่าสำหรับการวัดค่า OCV ที่แม่นยำยิ่งขึ้น

จำเป็นต้องมีการสอบเทียบและการแก้ไขเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแม่นยำเมื่อรวมวิธีการต่างๆ เข้าด้วยกัน เนื่องจากความต้านทานภายในและอุณหภูมิยังส่งผลกระทบต่อผลลัพธ์ด้วย

 

บทสรุป

วิธีการอินทิเกรตปัจจุบันและวิธี OCV เป็นเทคนิคหลักสำหรับการคำนวณ SOC ซึ่งแต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกัน การผสมผสานทั้งสองวิธีเข้าด้วยกันจะช่วยเพิ่มความแม่นยำและความน่าเชื่อถือ อย่างไรก็ตาม การสอบเทียบและการแก้ไขเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการคำนวณ SOC ที่แม่นยำ