วิธีการคำนวณ SOC

SOC คืออะไร?

สถานะการชาร์จ (SOC) ของแบตเตอรี่คืออัตราส่วนของประจุไฟฟ้าปัจจุบันที่มีต่อความจุของประจุไฟฟ้าทั้งหมด ซึ่งโดยปกติจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ การคำนวณ SOC ให้แม่นยำถือเป็นสิ่งสำคัญระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS)เนื่องจากช่วยในการกำหนดพลังงานที่เหลืออยู่ จัดการการใช้งานแบตเตอรี่ และควบคุมกระบวนการชาร์จและการปล่อยประจุจึงช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่

วิธีการหลักสองวิธีที่ใช้ในการคำนวณ SOC คือ วิธีการรวมกระแสและวิธีการแรงดันวงจรเปิด ทั้งสองวิธีมีข้อดีและข้อเสีย และแต่ละวิธีก็ทำให้เกิดข้อผิดพลาดบางประการ ดังนั้น ในการใช้งานจริง วิธีการเหล่านี้มักจะถูกนำมารวมกันเพื่อปรับปรุงความแม่นยำ

 

1. วิธีการบูรณาการปัจจุบัน

วิธีการรวมกระแสปัจจุบันจะคำนวณ SOC โดยการผสานกระแสการชาร์จและการปล่อยประจุ ข้อดีของวิธีการนี้คือความเรียบง่าย ไม่ต้องมีการปรับเทียบ ขั้นตอนต่างๆ มีดังนี้:

1. บันทึก SOC ในช่วงเริ่มต้นการชาร์จหรือการระบายประจุ
2. วัดกระแสไฟในระหว่างการชาร์จและการปล่อยประจุ
3. รวมกระแสเพื่อหาการเปลี่ยนแปลงของประจุ
4. คำนวณ SOC ปัจจุบันโดยใช้ SOC เริ่มต้นและการเปลี่ยนแปลงประจุ

สูตรก็คือ:

SOC=SOC เริ่มต้น+Q∫(I⋅dt)​

ที่ไหนI คือกระแสไฟฟ้า Q คือความจุแบตเตอรี่ และ dt คือช่วงเวลา

สิ่งสำคัญที่ต้องทราบคือ เนื่องจากความต้านทานภายในและปัจจัยอื่นๆ วิธีการรวมปัจจุบันจึงมีระดับข้อผิดพลาด นอกจากนี้ ยังต้องใช้เวลาในการชาร์จและปล่อยประจุนานกว่าเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น

 

2. วิธีวัดแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด

วิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV) จะคำนวณ SOC โดยการวัดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เมื่อไม่มีโหลด ความเรียบง่ายเป็นข้อได้เปรียบหลักเนื่องจากไม่จำเป็นต้องวัดกระแส ขั้นตอนต่างๆ มีดังนี้:

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

โปรดทราบว่าเส้นโค้ง SOC-OCV เปลี่ยนแปลงไปตามการใช้งานและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ซึ่งต้องมีการปรับเทียบเป็นระยะเพื่อรักษาความแม่นยำ ความต้านทานภายในยังส่งผลต่อวิธีการนี้ด้วย และข้อผิดพลาดจะสำคัญยิ่งขึ้นในสถานะการคายประจุสูง

 

3. การรวมวิธีการบูรณาการปัจจุบันและ OCV

เพื่อปรับปรุงความแม่นยำ มักจะใช้วิธีการผสานรวมและ OCV ในปัจจุบันร่วมกัน ขั้นตอนสำหรับแนวทางนี้คือ:

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

สูตรก็คือ:

SOC=k1⋅SOC1+k2⋅SOC2

ที่ไหนk1 และ k2 คือค่าสัมประสิทธิ์น้ำหนักที่รวมกันเป็น 1 การเลือกค่าสัมประสิทธิ์จะขึ้นอยู่กับการใช้งานแบตเตอรี่ เวลาในการทดสอบ และความแม่นยำ โดยทั่วไปแล้ว k1 จะมีค่ามากกว่าสำหรับการทดสอบการชาร์จ/ปล่อยประจุที่ยาวนานขึ้น และ k2 จะมีค่ามากกว่าสำหรับการวัด OCV ที่แม่นยำยิ่งขึ้น

จำเป็นต้องมีการสอบเทียบและการแก้ไขเพื่อรับรองความแม่นยำเมื่อรวมวิธีการต่างๆ เข้าด้วยกัน เนื่องจากความต้านทานภายในและอุณหภูมิยังส่งผลกระทบต่อผลลัพธ์ด้วย

 

บทสรุป

วิธีการบูรณาการปัจจุบันและวิธี OCV เป็นเทคนิคหลักสำหรับการคำนวณ SOC โดยแต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง การรวมทั้งสองวิธีเข้าด้วยกันจะช่วยเพิ่มความแม่นยำและความน่าเชื่อถือได้ อย่างไรก็ตาม การสอบเทียบและการแก้ไขมีความจำเป็นสำหรับการกำหนด SOC ที่แม่นยำ