Trạng thái sạc của pin mặt trời là gì?

Trong các hệ thống lưu trữ năng lượng hiện đại và xe điện, trạng thái sạc (SOC) của pin là thông số quan trọng để đánh giá hiệu suất pin và lượng năng lượng còn lại.

Đánh giá chính xác mức sạc (SOC) không chỉ giúp tối ưu hóa chiến lược sạc và xả mà còn đảm bảo an toàn hệ thống, kéo dài tuổi thọ pin và nâng cao hiệu quả quản lý năng lượng. Bài viết này giới thiệu định nghĩa, phương pháp tính toán, các thuật toán ước tính phổ biến và các yếu tố ảnh hưởng đến SOC, cùng với các ứng dụng thực tiễn của nó trong lưu trữ năng lượng quang điện và xe điện.

SOC là gì?

SOC (State of Charge) là tỷ lệ phần trăm năng lượng được lưu trữ trong pin hoặc hệ thống lưu trữ năng lượng so với dung lượng tối đa của nó. Trong pin, SOC đề cập đến tỷ lệ giữa lượng điện còn lại hiện tại và dung lượng khi pin được sạc đầy, thường được biểu thị dưới dạng phần trăm.

Thông số này giúp người dùng nắm bắt dung lượng pin còn lại và lập kế hoạch sạc/xả pin. Nó cũng là đầu vào quan trọng cho Hệ thống Quản lý Pin (BMS) trong việc điều khiển sạc, tối ưu hóa năng lượng và bảo vệ an toàn—là chỉ số quan trọng phản ánh hiệu suất tổng thể của hệ thống và khả năng cung cấp năng lượng.

Tình trạng sạc của các tài sản năng lượng khác nhau

Pin

Trong hệ thống pin mặt trời, SOC được sử dụng để theo dõi lượng năng lượng còn lại theo thời gian thực, giúp người dùng lập kế hoạch sử dụng năng lượng và lịch sạc một cách hiệu quả để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng.

Xe điện (EV)

Trong xe điện, SOC là thông số chính của Hệ thống Quản lý Pin (BMS), phản ánh trực tiếp phạm vi di chuyển còn lại của xe. Nó cung cấp thông tin quan trọng cho các quyết định lái xe và đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và tuổi thọ của pin.

Dù là trong hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời hay xe điện, việc duy trì mức SOC (State of Charge) trong khoảng từ 20% đến 80% được coi là tối ưu và có thể cải thiện đáng kể tuổi thọ chu kỳ của pin.

Cách tính SOC

Tình trạng sạc của pin có thể được biểu diễn dưới dạng phần trăm dung lượng còn lại so với dung lượng tối đa của pin.

Công thức như sau:
SOC = Dung lượng còn lại / Dung lượng tổng × 100

Ví dụ:

Tổng dung lượng lưu trữ của GODE LF51200-02 Bộ pin LiFePO₄ có dung lượng 10kWh. Nếu đã sử dụng 3kWh, thì: （
(7kWh/10kWh) × 100 = 70% SoC.

Mô tả tham số:

• Q₀(mAh): Dung lượng ban đầu
• Q(mAh): Dung lượng sạc hoặc xả
• Qmax(mAh): Dung lượng lưu trữ tối đa của pin

Cách đo trạng thái sạc của pin năng lượng mặt trời

Trong Hệ thống Quản lý Pin (BMS), SOC không thể được đo trực tiếp và thường được ước tính bằng các mô hình sau:

1. Đếm Coulomb

Phương pháp đếm Coulomb theo dõi dòng điện sạc và xả theo thời gian (tích phân dòng điện). Phương pháp này có độ nhạy cao và đơn giản nhưng gặp phải sai số tích lũy theo thời gian dài và phụ thuộc mạnh vào giá trị SOC ban đầu chính xác và điều chỉnh hiệu suất.

2. Phương pháp điện áp mạch hở

Phương pháp Điện áp Mạch Mở (Open Circuit Voltage) đo điện áp đầu cuối trong điều kiện nghỉ hoặc dòng điện thấp và ánh xạ nó sang trạng thái sạc (SOC) bằng cách sử dụng đường cong OCV–SOC đã được hiệu chuẩn trước. Phương pháp này trực quan và chính xác trong điều kiện trạng thái ổn định nhưng yêu cầu thời gian nghỉ để tránh lỗi do phân cực gây ra.

3. Ước lượng dựa trên mô hình

Phương pháp Ước lượng Dựa trên Mô hình sử dụng các mô hình mạch vật lý hoặc tương đương cùng với dữ liệu quan sát để ước lượng hoặc dự đoán SOC. Phương pháp này phản ánh hành vi điện hóa động và duy trì độ chính xác cao trong các điều kiện thay đổi, nhưng yêu cầu mô hình hóa chính xác, xác định thông số và khả năng tính toán cao hơn.

4. Thuật toán lai

Thuật toán Hybrid kết hợp khả năng theo dõi thời gian thực của phương pháp Đếm Coulomb, điều chỉnh động của phương pháp Ước lượng Dựa trên Mô hình và hiệu chuẩn tĩnh của phương pháp OCV. Thuật toán này cân bằng giữa hiệu suất thời gian thực và độ chính xác lâu dài, và được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng Hệ thống Quản lý Pin (BMS) công nghiệp.

Tất cả các pin lưu trữ năng lượng GODE đều được trang bị màn hình LCD, đèn báo hiệu hoặc ứng dụng di động để theo dõi thời gian thực mức SOC và các thông số khác — không cần tính toán thủ công.

Chỉ số này giúp người dùng đánh giá lượng năng lượng có sẵn và hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến SOC

Tốc độ sạc và xả

The Tỷ lệ C Ảnh hưởng đáng kể đến SOC. Dòng sạc cao hơn làm tăng SOC nhanh hơn, trong khi dòng xả cao hơn làm giảm SOC nhanh hơn. Tỷ lệ C quá cao có thể làm giảm độ chính xác của SOC trong các tính toán của Hệ thống Quản lý Pin (BMS).

Điện áp sạc

Điện áp sạc quyết định mức SOC tối đa có thể đạt được. Điện áp cao hơn cho phép sạc nhanh hơn nhưng làm tăng tốc độ lão hóa và nâng cao rủi ro an toàn, trong khi điện áp quá thấp dẫn đến sạc không đủ và đánh giá thấp mức SOC.

Độ sâu xả

Lớn hơn Độ sâu xả (DOD) dẫn đến sự sụt giảm SOC lớn hơn. Việc xả sâu làm gia tăng sự suy giảm dung lượng và gây ra hành vi SOC phi tuyến tính. Khuyến nghị duy trì Bộ Quốc phòng (DOD) trong khoảng từ 20% đến 80% để kéo dài đáng kể tuổi thọ pin.

Tự xả

Ngay cả khi không sử dụng, các phản ứng hóa học bên trong pin vẫn khiến pin mất điện dần dần. Tỷ lệ tự xả cao hơn dẫn đến sự suy giảm SOC nhanh hơn, đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc thời gian lưu trữ kéo dài.

Nhiệt độ

Nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng hóa học và điện trở nội. Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ phản ứng và dao động SOC, nhưng cũng làm tăng quá trình lão hóa, trong khi nhiệt độ thấp làm giảm hoạt tính và dung lượng, làm chậm sự thay đổi SOC và tăng sai số ước tính.

Độ ẩm

Độ ẩm môi trường ảnh hưởng gián tiếp đến SOC bằng cách tác động đến quá trình làm mát và cách điện. Độ ẩm cao có thể gây ra quá trình oxy hóa cuối cùng hoặc suy giảm cách điện, dẫn đến rò rỉ vi mô và sự suy giảm chậm của SOC, trong khi độ ẩm thấp hỗ trợ hiệu suất điện ổn định.

Loại pin

Các loại hóa chất khác nhau (ví dụ: LiFePO₄, NCM, LFP, chì-axit) có các đường cong điện áp-dung lượng riêng biệt. Lithium iron phosphate (LiFePO₄) Có một vùng điện áp bằng phẳng, khiến việc ước tính SOC trở nên khó khăn, trong khi NCM có độ nhạy điện áp cao hơn, giúp đơn giản hóa việc ước tính dựa trên điện áp.

Hệ thống quản lý pin (BMS)

Độ chính xác của các thuật toán BMS (Hệ thống Quản lý Pin) trực tiếp quyết định độ tin cậy của SOC (Trạng thái Sạc). Nếu nhiệt độ, sự suy giảm dung lượng và bù điện áp động không được tính toán đúng cách, kết quả SOC sẽ lệch khỏi thực tế. Các thuật toán tiên tiến cung cấp điều chỉnh thời gian thực để đảm bảo ước tính SOC ổn định và chính xác.

Kết luận

SOC là thông số quan trọng trong hệ thống lưu trữ năng lượng và xe điện. Thông qua ước tính khoa học và các thuật toán chính xác cao, có thể nâng cao hiệu suất, đảm bảo an toàn và kéo dài tuổi thọ pin. GODE tiếp tục thúc đẩy quá trình chuyển đổi hướng tới một tương lai năng lượng xanh và thông minh hơn thông qua đổi mới trong công nghệ lưu trữ năng lượng và hệ thống quản lý pin (BMS).