Soc สามารถกำหนดได้ว่าเป็นสถานะของพลังงานไฟฟ้าที่มีอยู่ในแบตเตอรี่ ซึ่งมักจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ เนื่องจากพลังงานไฟฟ้าที่มีอยู่จะแปรผันตามกระแสการชาร์จและการคายประจุ อุณหภูมิ และอายุของปรากฏการณ์ คำจำกัดความของสถานะของประจุยังแบ่งออกเป็นสองประเภท: สถานะของประจุสัมบูรณ์; ASOC) และสถานะของการชาร์จสัมพัทธ์ (สถานะการชาร์จสัมพัทธ์; RSOC) โดยปกติแล้ว ช่วงของสถานะการชาร์จสัมพัทธ์คือ 0% - 100% ซึ่งตรงข้ามกับ 100% เมื่อชาร์จแบตเตอรี่เต็มและ 0% เมื่อแบตเตอรี่หมด สถานะการชาร์จแบบสัมบูรณ์คือค่าอ้างอิงที่คำนวณจากค่าความจุคงที่ที่ออกแบบไว้เมื่อผลิตแบตเตอรี่ สถานะการชาร์จที่สมบูรณ์ของแบตเตอรี่ใหม่ที่ชาร์จไฟใหม่จนเต็มคือ 100%; แบตเตอรี่เก่าแม้ว่าจะชาร์จเต็มแล้วก็ตาม จะไม่ถึง 100% ภายใต้เงื่อนไขการชาร์จและการคายประจุที่แตกต่างกัน รูปด้านล่างแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและความจุของแบตเตอรี่ที่อัตราการคายประจุที่แตกต่างกัน ยิ่งอัตราการคายประจุสูงเท่าใด ความจุของแบตเตอรี่ก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น เมื่ออุณหภูมิต่ำ ความจุของแบตเตอรี่จะลดลงด้วย

รูป. 1 . ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและความจุที่อัตราการคายประจุและอุณหภูมิต่างๆ

1 .2 แรงดันไฟชาร์จสูงสุด
แรงดันไฟชาร์จสูงสุดเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบและคุณลักษณะทางเคมีของแบตเตอรี่ แรงดันไฟชาร์จของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบไตรภาค (NMC) โดยปกติจะเป็น 4.2V และ 4.35V แต่ค่าแรงดันจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการทดลองของแคโทดและแอโนด

1 .3 ชาร์จเต็มแล้ว

แบตเตอรี่อาจได้รับการพิจารณาว่าชาร์จเต็มแล้วเมื่อความแตกต่างระหว่างแรงดันแบตเตอรี่และแรงดันชาร์จสูงสุดน้อยกว่า 100mV และกระแสไฟชาร์จลดลงเหลือ C/10 เงื่อนไขการชาร์จเต็มจะแตกต่างกันไปตามคุณลักษณะของแบตเตอรี่
รูปด้านล่างแสดงลักษณะการชาร์จของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไป เมื่อแรงดันแบตเตอรี่เท่ากับแรงดันประจุสูงสุดและกระแสประจุลดลงเหลือ C/10 จะถือว่าแบตเตอรี่ชาร์จเต็มแล้ว

รูปที่ 2 เส้นโค้งลักษณะการชาร์จของแบตเตอรี่ลิเธียม

1 .4 แรงดันดิสชาร์จขั้นต่ำ (แรงดันดิสชาร์จขนาดเล็ก)

แรงดันดิสชาร์จต่ำสุดสามารถกำหนดเป็นแรงดันดิสชาร์จแบบคัทออฟ ซึ่งโดยปกติจะเป็นแรงดันสำหรับประจุ 0% ค่าแรงดันไฟฟ้านี้ไม่ใช่ค่าคงที่ แต่แปรผันตามโหลด อุณหภูมิ อายุ หรืออื่นๆ

1 .5 คายประจุจนหมด
เมื่อแรงดันแบตเตอรี่น้อยกว่าหรือเท่ากับแรงดันคายประจุขั้นต่ำ อาจกล่าวได้ว่าคายประจุจนหมด

1 .6 อัตราประจุและคายประจุ (อัตรา C)
อัตราประจุ/คายประจุเป็นตัวแทนของกระแสประจุ/คายประจุที่สัมพันธ์กับความจุของแบตเตอรี่ ตัวอย่างเช่น หากคุณคายประจุแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิ 1C เป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง ตามหลักแล้ว แบตเตอรี่จะคายประจุจนหมด อัตราการชาร์จและการคายประจุที่แตกต่างกันจะส่งผลให้มีความจุที่แตกต่างกัน โดยทั่วไป ยิ่งอัตราการชาร์จและการคายประจุสูงเท่าใด ความจุที่มีอยู่ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

1 .7 วงจรชีวิต
จำนวนรอบคือจำนวนครั้งที่แบตเตอรี่ได้รับการชาร์จและคายประจุจนเต็ม ซึ่งสามารถประมาณได้จากความสามารถในการคายประจุจริงและความสามารถในการออกแบบ แต่ละครั้งที่ความสามารถในการระบายสะสมเท่ากับความสามารถในการออกแบบ จำนวนรอบคือหนึ่งรอบ โดยปกติหลังจาก 500 รอบการชาร์จและคายประจุ ความจุของแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มแล้วจะลดลง 10% ถึง 20%

รูปที่ 3 ความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนรอบ c และความจุของแบตเตอรี่

1 .8 การคายประจุเอง
การคายประจุเองของแบตเตอรี่ทั้งหมดจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ การคายประจุเองไม่ใช่ข้อบกพร่องจากการผลิต แต่เป็นลักษณะของแบตเตอรี่เอง อย่างไรก็ตาม การจัดการที่ไม่เหมาะสมในระหว่างการผลิตยังนำไปสู่การปลดปล่อยตัวเองเพิ่มขึ้นอีกด้วย โดยทั่วไป อัตราการคายประจุตัวเองจะเพิ่มเป็นสองเท่าสำหรับทุก ๆ 10°C ที่เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิแบตเตอรี่ อัตราการคายประจุเองของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอยู่ที่ประมาณ 1~2% ต่อเดือน ในขณะที่แบตเตอรี่นิกเกิลอยู่ที่ 10~15% ต่อเดือน

รูปที่. 4 ประสิทธิภาพของอัตราการคายประจุเองของแบตเตอรี่ลิเธียมที่อุณหภูมิต่างๆ

2 . การแนะนำของคูลอมิเตอร์แบตเตอรี่

2 .1 การแนะนำฟังก์ชันของคูลอมิเตอร์

การจัดการแบตเตอรี่ถือเป็นส่วนหนึ่งของการจัดการพลังงาน ในการจัดการแบตเตอรี่ คูลอมิเตอร์มีหน้าที่ประเมินความจุของแบตเตอรี่ ความสามารถพื้นฐานสามารถตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า กระแสชาร์จ/ดิสชาร์จ และอุณหภูมิของแบตเตอรี่ และประเมินสถานะการชาร์จ (SOC) ของแบตเตอรี่และความจุการชาร์จเต็ม (FCC) ของแบตเตอรี่ มีสองวิธีทั่วไปในการประมาณค่า SOC ของแบตเตอรี่: วิธีแรงดันวงจรเปิด (OCV) และวิธีคูลอมบ์ อีกวิธีคืออัลกอริธึมแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกที่ออกแบบโดย RICHTEK

2 .2 วิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด
ด้วยวิธีแรงดันวงจรเปิดของคูลอมิเตอร์ วิธีการใช้งานนั้นง่ายและสามารถรับแรงดันวงจรเปิดที่สอดคล้องกับสถานะของประจุได้โดยค้นหาจากตาราง สภาพสมมติของแรงดันวงจรเปิดคือแรงดันขั้วแบตเตอรี่เมื่อแบตเตอรี่พักนานกว่า 30 นาที

เส้นโค้งแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะแตกต่างกันไปตามโหลด อุณหภูมิ และสภาวะอายุของแบตเตอรี่ที่แตกต่างกัน ดังนั้น โวลต์มิเตอร์วงจรเปิดคงที่จึงไม่สามารถแสดงสถานะของประจุได้อย่างสมบูรณ์ สถานะของประจุไฟฟ้าไม่สามารถประเมินได้ง่ายๆ โดยดูที่มิเตอร์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากสถานะของค่าใช้จ่ายถูกประเมินโดยการค้นหาตารางเท่านั้น ข้อผิดพลาดจะมีขนาดใหญ่ รูปด้านล่างแสดงให้เห็นว่ามีการชาร์จและคายประจุแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่เท่ากัน และ SOC ที่ได้จากวิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดจะแตกต่างกันอย่างมาก

ดังที่เห็นได้จากรูปต่อไปนี้ นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างอย่างมากในสถานะของประจุภายใต้โหลดที่แตกต่างกันระหว่างการคายประจุ โดยพื้นฐานแล้ว วิธีแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดเหมาะสำหรับระบบที่มีความต้องการความแม่นยำของสถานะประจุต่ำ เช่น แบตเตอรี่กรดตะกั่วหรือเครื่องสำรองไฟที่ใช้ในรถยนต์

เพื่อขจัดข้อผิดพลาดสะสม มีจุดที่เป็นไปได้สามจุดในช่วงเวลาระหว่างการทำงานของแบตเตอรี่ปกติ: สิ้นสุดการชาร์จ (EOC) สิ้นสุดการคายประจุ (EOD) และพัก (Relax) เงื่อนไขการสิ้นสุดการชาร์จบ่งชี้ว่าแบตเตอรี่ได้รับการชาร์จเต็มแล้ว และ SOC ควรเป็น 100% เงื่อนไขการชาร์จเมื่อสิ้นสุดการชาร์จแสดงว่าแบตเตอรี่หมดประจุแล้วและสถานะการชาร์จ (SOC) ควรเป็น 0% อาจเป็นค่าแรงดันสัมบูรณ์หรือแปรผันตามโหลดก็ได้ เมื่อถึงสถานะพัก แบตเตอรี่จะไม่ถูกชาร์จหรือคายประจุ และจะคงอยู่อย่างนั้นเป็นเวลานาน หากผู้ใช้ต้องการใช้สถานะที่เหลือของแบตเตอรี่เพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดในการวัดคูลอมบ์ ผู้ใช้จะต้องติดตั้งโวลต์มิเตอร์แบบวงจรเปิดในเวลานี้ รูปด้านล่างแสดงให้เห็นว่าข้อผิดพลาดของสถานะการชาร์จสามารถแก้ไขได้ในสถานะด้านบน


2 .3 วิธีการวัดค่า C oulomb m
วิธี Coulomb ทำงานโดยต่อตัวต้านทานการตรวจจับไปตามเส้นทางการชาร์จ/การคายประจุของแบตเตอรี่ ADC วัดแรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวต้านทานการตรวจจับ ซึ่งจะถูกแปลงเป็นค่าปัจจุบันที่แบตเตอรี่กำลังชาร์จหรือคายประจุ ตัวนับตามเวลาจริง (RTC) จัดเตรียมอินทิกรัลของค่าปัจจุบันเทียบกับเวลาเพื่อให้ทราบว่ามีคูลอมบ์ไหลผ่านจำนวนเท่าใด

รูปที่ 7 โหมดการทำงานพื้นฐานของมาตรวิทยาคูลอมบ์

วิธีการวัดคูลอมบ์สามารถคำนวณสถานะของประจุแบบเรียลไทม์ได้อย่างแม่นยำในกระบวนการชาร์จหรือคายประจุ เมื่อใช้ตัวนับคูลอมบ์ของประจุและตัวนับคูลอมบ์ของดิสชาร์จ จะสามารถคำนวณความจุที่เหลืออยู่ (RM) และความจุเต็มของประจุ (FCC) ได้ ในขณะเดียวกัน ความจุที่เหลือ (RM) และความจุที่ชาร์จเต็ม (FCC) ยังสามารถนำมาใช้ในการคำนวณสถานะของประจุได้ กล่าวคือ (SOC = RM/FCC) นอกจากนี้ยังสามารถประมาณเวลาที่เหลืออยู่ เช่น การหมดพลังงาน (TTE) และการชาร์จเต็ม (TTF)

ปัจจัยหลักสองประการที่ทำให้ค่าเบี่ยงเบนความแม่นยำของวิธีการวัดคูลอมบ์ ประการแรกคือการสะสมของข้อผิดพลาดออฟเซ็ตในการวัดทางไฟฟ้าและ ADC แม้ว่าข้อผิดพลาดในการวัดจะค่อนข้างเล็กด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน หากไม่มีวิธีการที่ดีในการกำจัดข้อผิดพลาดจะเพิ่มขึ้นตามกาลเวลา รูปด้านล่างแสดงให้เห็นว่าในทางปฏิบัติหากไม่มีการแก้ไขเมื่อเวลาผ่านไป จะไม่มีขีดจำกัดสูงสุดของข้อผิดพลาดสะสม

เพื่อขจัดข้อผิดพลาดสะสม มีจุดที่เป็นไปได้สามจุดในช่วงเวลาระหว่างการทำงานของแบตเตอรี่ปกติ: สิ้นสุดการชาร์จ (EOC) สิ้นสุดการคายประจุ (EOD) และพัก (Relax) เงื่อนไขการสิ้นสุดการชาร์จบ่งชี้ว่าแบตเตอรี่ได้รับการชาร์จเต็มแล้ว และ SOC ควรเป็น 100% เงื่อนไขการชาร์จเมื่อสิ้นสุดการชาร์จแสดงว่าแบตเตอรี่หมดประจุแล้วและสถานะการชาร์จ (SOC) ควรเป็น 0% อาจเป็นค่าแรงดันสัมบูรณ์หรือแปรผันตามโหลดก็ได้ เมื่อถึงสถานะพัก แบตเตอรี่จะไม่ถูกชาร์จหรือคายประจุ และจะคงอยู่อย่างนั้นเป็นเวลานาน หากผู้ใช้ต้องการใช้สถานะที่เหลือของแบตเตอรี่เพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดในการวัดคูลอมบ์ ผู้ใช้จะต้องติดตั้งโวลต์มิเตอร์แบบวงจรเปิดในเวลานี้ รูปด้านล่างแสดงให้เห็นว่าข้อผิดพลาดของสถานะการชาร์จสามารถแก้ไขได้ในสถานะด้านบน

ปัจจัยหลักประการที่สองที่มีส่วนทำให้ค่าเบี่ยงเบนความแม่นยำของการวัดคูลอมบ์คือข้อผิดพลาดของความจุการชาร์จเต็ม (FCC) ซึ่งเป็นความแตกต่างระหว่างค่าของความจุการออกแบบของแบตเตอรี่กับความจุการชาร์จเต็มที่แท้จริงของแบตเตอรี่ ความสามารถในการชาร์จเต็ม (FCC) อาจได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ อายุ โหลด และปัจจัยอื่นๆ ดังนั้น วิธีการเรียนรู้ใหม่และการชดเชยความสามารถในการชาร์จเต็มจึงมีความสำคัญมากสำหรับการวัดคูลอมบ์ รูปต่อไปนี้แสดงแนวโน้มของข้อผิดพลาดในสถานะการชาร์จเมื่อความสามารถในการชาร์จเต็มถูกประเมินสูงเกินไปและประเมินต่ำเกินไป

2 .4 คูลอมิเตอร์อัลกอริธึมแรงดันไฟฟ้าไดนามิก
คูลอมิเตอร์อัลกอริธึมแรงดันไฟฟ้าไดนามิกสามารถคำนวณสถานะการชาร์จของแบตเตอรี่ลิเธียมโดยอิงจากแรงดันแบตเตอรี่เท่านั้น วิธีนี้ขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่างแรงดันแบตเตอรี่และแรงดันวงจรเปิดของแบตเตอรี่เพื่อประเมินปริมาณประจุไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง ข้อมูลแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกสามารถจำลองพฤติกรรมของแบตเตอรี่ลิเธียมได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อกำหนด SOC (%) แต่วิธีนี้ไม่สามารถประเมินความจุของแบตเตอรี่ (mAh) ได้

คำนวณโดยใช้อัลกอริทึมแบบวนซ้ำเพื่อคำนวณการเพิ่มหรือลด SOC แต่ละครั้งตามความแตกต่างแบบไดนามิกระหว่างแรงดันแบตเตอรี่และแรงดันวงจรเปิดเพื่อประเมิน SOC ตรงกันข้ามกับโซลูชันคูลอมบ์ คูลอมิเตอร์อัลกอริธึมแรงดันไฟฟ้าไดนามิกไม่สะสมข้อผิดพลาดตามเวลาและปัจจุบัน คูลอมบ์คูลอมบ์มักไม่แม่นยำในการประมาณสถานะของประจุเนื่องจากข้อผิดพลาดในการวัดและการคายประจุเองของแบตเตอรี่ แม้ว่าข้อผิดพลาดในการวัดจะน้อยมาก แต่ตัวนับคูลอมบ์ยังคงสะสมข้อผิดพลาดที่สามารถกำจัดได้โดยการชาร์จเต็มหรือคายประจุเท่านั้น

อัลกอริทึมแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกจะประเมินสถานะการชาร์จแบตเตอรี่ด้วยข้อมูลแรงดันไฟฟ้าเท่านั้น เนื่องจากไม่ได้ประเมินจากข้อมูลปัจจุบันของแบตเตอรี่ จึงไม่สะสมข้อผิดพลาด เพื่อปรับปรุงความแม่นยำของสถานะการชาร์จ อัลกอริธึมแรงดันไฟฟ้าไดนามิกจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์จริง ซึ่งสอดคล้องกับเส้นโค้งแรงดันแบตเตอรี่จริงเมื่อชาร์จเต็มและสภาวะการคายประจุเต็มเพื่อปรับพารามิเตอร์ของอัลกอริทึมที่ปรับให้เหมาะสม

ต่อไปนี้คือประสิทธิภาพของอัลกอริธึมแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกที่อัตราการคายประจุที่แตกต่างกัน ดังที่เห็นได้จากรูป สถานะการชาร์จนั้นแม่นยำ โดยไม่คำนึงถึงเงื่อนไขการปลดปล่อยของ C/2, C/4, C/7 และ C/10 ข้อผิดพลาดสถานะโดยรวมของวิธีนี้จะน้อยกว่า 3%

รูปต่อไปนี้แสดงประสิทธิภาพของสถานะการชาร์จภายใต้สภาวะการชาร์จสั้นและการคายประจุสั้นของแบตเตอรี่ ข้อผิดพลาดของสถานะการชาร์จยังน้อย และข้อผิดพลาดสูงสุดคือ 3% เท่านั้น

รูปที่. 14. ประสิทธิภาพของอัลกอริทึมแรงดันไฟฟ้าแบบไดนามิกในกรณีที่มีการชาร์จสั้นและการคายประจุแบตเตอรี่สั้น

เมื่อเปรียบเทียบกับคูลอมบ์คูลอมบ์ซึ่งมักจะส่งผลให้สถานะการชาร์จไม่แม่นยำเนื่องจากข้อผิดพลาดในการวัดและการคายประจุแบตเตอรี่เอง อัลกอริธึมแรงดันไฟฟ้าไดนามิกจะไม่สะสมข้อผิดพลาดตามเวลาและกระแส ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบอย่างมาก เนื่องจากไม่มีข้อมูลการชาร์จ/การคายประจุในปัจจุบัน อัลกอริธึมแรงดันไฟฟ้าไดนามิกในความแม่นยำในระยะสั้นจึงไม่ดี และเวลาตอบสนองจะช้า นอกจากนี้ยังไม่สามารถประเมินความจุการชาร์จเต็มได้ อย่างไรก็ตาม ทำงานได้ดีด้วยความแม่นยำในระยะยาว เนื่องจากแรงดันแบตเตอรี่จะสะท้อนสถานะการชาร์จโดยตรงในท้ายที่สุด