Có một số phương pháp để đo trạng thái sạc Lithium-Ion (SoC) hoặc Độ sâu xả (DoD) cho pin lithium. Một số phương pháp thực hiện khá phức tạp và đòi hỏi thiết bị phức tạp (quang phổ trở kháng hoặc máy đo tỷ trọng kế cho pin axit chì).
Chúng tôi sẽ trình bày chi tiết ở đây hai phương pháp phổ biến và đơn giản nhất để ước tính trạng thái tích điện của pin: phương pháp điện áp hoặc Điện áp mạch hở (OCV) và phương pháp đếm coulomb.
Đo trạng thái sạc pin Lithium-Ion (SoC) bằng phương pháp điện áp mạch hở (OCV)
Tất cả các loại pin đều có một điểm chung: điện áp tại các cực của chúng giảm hoặc tăng tùy thuộc vào mức sạc của chúng. Điện áp sẽ cao nhất khi pin được sạc đầy và thấp nhất khi pin cạn.
Mối quan hệ giữa điện áp và SOC này phụ thuộc trực tiếp vào công nghệ pin được sử dụng. Ví dụ, biểu đồ dưới đây so sánh các đường cong phóng điện giữa pin chì và pin Lithium-Ion.
Có thể thấy rằng pin axit-chì có một đường cong tương đối tuyến tính, cho phép ước tính tốt trạng thái tích điện: đối với điện áp đo được, có thể ước tính khá chính xác giá trị của SoC liên quan.
Tuy nhiên, pin Lithium-ion có đường cong xả phẳng hơn nhiều, có nghĩa là trong một phạm vi hoạt động rộng, điện áp tại các cực của pin thay đổi rất ít.
Công nghệ Lithium Iron Phosphate có đường cong phóng điện phẳng nhất nên rất khó ước tính SoC trên một phép đo điện áp đơn giản. Thật vậy, hiệu điện thế giữa hai giá trị SoC có thể nhỏ đến mức không thể ước tính trạng thái tích điện với độ chính xác tốt.
Biểu đồ dưới đây cho thấy chênh lệch đo điện áp giữa giá trị DoD 40% và 80% là khoảng 6,0V đối với pin 48V trong công nghệ axit-chì, trong khi chỉ 0,5V đối với lithium-iron phosphate!
Tuy nhiên, các chỉ báo điện tích đã hiệu chuẩn có thể được sử dụng đặc biệt cho pin lithium-ion nói chung và pin lithium iron phosphate nói riêng. Một phép đo chính xác, cùng với đường cong tải được mô hình hóa, cho phép thu được các phép đo SoC với độ chính xác từ 10 đến 15% .
Đo trạng thái sạc pin Lithium-Ion (SoC) bằng phương pháp đếm Coulomb
Để theo dõi trạng thái sạc khi sử dụng pin, phương pháp trực quan nhất là theo dõi dòng điện bằng cách tích hợp nó trong quá trình sử dụng pin. Sự tích hợp này trực tiếp cung cấp số lượng điện tích được nạp vào hoặc rút ra khỏi pin, do đó có thể định lượng chính xác SoC của pin.
Không giống như phương pháp OCV, phương pháp này có thể xác định sự phát triển của trạng thái sạc trong quá trình sử dụng pin. Nó không yêu cầu pin ở trạng thái nghỉ để thực hiện phép đo chính xác.
Mặc dù phép đo dòng điện được thực hiện bởi một điện trở chính xác, nhưng các lỗi đo nhỏ có thể xảy ra, liên quan đến tần số lấy mẫu. Để sửa các lỗi biên này, bộ đếm coulomb được hiệu chuẩn lại ở mỗi chu kỳ tải.
Phép đo trạng thái sạc Lithium-Ion (SoC) được thực hiện bằng cách đếm coulomb cho phép sai số đo dưới 1%, cho phép chỉ báo rất chính xác về năng lượng còn lại trong pin. Không giống như phương pháp OCV, đếm coulomb không phụ thuộc vào sự dao động của nguồn pin (gây sụt điện áp pin) và độ chính xác không đổi bất kể mức sử dụng pin.
