وضعیت شارژ (State of Charge – SOC)

وضعیت شارژ (State of Charge – SOC) یک پارامتر بنیادی برای تمام باتری‌های قابل شارژ، و به‌خصوص برای باتری‌های ولتاژ بالا در خودروهای برقی (EVs) و هیبریدی است. وضعیت شارژ (SOC) نشان‌دهنده نسبت میزان انرژی الکتریکی که در حال حاضر در باتری ذخیره شده است، به حداکثر ظرفیت کل (Total Capacity) باتری است و معمولاً به صورت درصدی (از ۰% تا ۱۰۰%) بیان می‌شود. این معیار معادل نشانگر سطح سوخت در باک خودروهای بنزینی است و حیاتی‌ترین اطلاعات در مورد میزان “سوخت” باقی‌مانده در یک خودروی برقی یا هیبریدی پلاگین را به راننده ارائه می‌دهد.

چرا وضعیت شارژ (SOC) حیاتی است؟

وضعیت شارژ (SOC) اطلاعات محوری برای مدیریت یک خودروی برقی یا هیبریدی پلاگین است:

1. نشانگر اصلی انرژی: SOC اصلی‌ترین “باک‌سنج” برای اطلاع از میزان انرژی باقی‌مانده در باتری است که مستقیماً بر توانایی خودرو در ادامه حرکت تأثیر می‌گذارد.
2. پایه تخمین برد پیمایش: برد پیمایش (Range) تخمینی که بر روی نمایشگر راننده یا نمایشگر مرکزی نشان داده می‌شود، عمدتاً بر اساس وضعیت شارژ (SOC) فعلی باتری و میانگین مصرف انرژی خودروی برقی در شرایط رانندگی اخیر یا بر اساس چرخه‌های استاندارد محاسبه می‌شود. دقت SOC مستقیماً بر دقت تخمین برد پیمایش تأثیر می‌گذارد.
3. مدیریت برنامه‌ریزی شارژ: راننده بر اساس وضعیت شارژ (SOC) تصمیم می‌گیرد که چه زمانی و در کجا نیاز به شارژ خودروی برقی دارد. SOC پایین نشان‌دهنده نیاز فوری به شارژ است.
4. پارامتر کلیدی برای سامانه مدیریت باتری (BMS): وضعیت شارژ (SOC) یک پارامتر محوری است که توسط سامانه مدیریت باتری (BMS) به صورت پیوسته پایش و مدیریت می‌شود. BMS از SOC برای کنترل فرآیندهای شارژ (مانند توقف شارژ در ۱۰۰%)، مدیریت دشارژ (مانند هشدار یا محدود کردن توان در SOC پایین)، و همچنین در محاسبات مرتبط با عمق تخلیه (DOD) و سلامت باتری (State of Health – SOH) استفاده می‌کند.

نحوه تخمین وضعیت شارژ (SOC)

برخلاف اندازه‌گیری مستقیم سطح مایع در باک بنزین، تخمین وضعیت شارژ (SOC) باتری‌های لیتیوم یون یک فرآیند پیچیده است که نیازمند الگوریتم‌های پیشرفته در سامانه مدیریت باتری (BMS) است. BMS با استفاده از داده‌های سنسورهای مختلف، SOC را تخمین می‌زند:

• ولتاژ باتری: ولتاژ باتری با وضعیت شارژ تغییر می‌کند، اما این رابطه تحت تأثیر دما، جریان کشیده شده یا وارد شده، و عمر باتری نیز قرار دارد.
• ادغام جریان (Coulomb Counting): اندازه‌گیری دقیق مقدار جریان الکتریکی (بر حسب آمپر ساعت) که در طول زمان از باتری خارج (مصرف شده) یا به آن وارد (شارژ شده از طریق شارژر یا ترمز احیاکننده) می‌شود. این روش شبیه به اندازه‌گیری مقدار سوخت مصرفی یا اضافه شده است.
• دما: دمای باتری بر دقت تخمین SOC تأثیر می‌گذارد.
• سلامت باتری (SOH) و تاریخچه استفاده: BMS با در نظر گرفتن میزان فرسودگی باتری (SOH) و نحوه استفاده در گذشته، تخمین SOC را تصحیح می‌کند.

محل نمایش وضعیت شارژ (SOC)

وضعیت شارژ (SOC) معمولاً در مکان‌های مختلفی در خودرو و خارج از آن به راننده نمایش داده می‌شود:

• نمایشگر راننده (Driver’s Display): به عنوان مهم‌ترین نشانگر انرژی باقی‌مانده.
• نمایشگر مرکزی (Center Display): اغلب به صورت جزئی‌تر و گاهی با نمایش گرافیک‌های مرتبط.
• اپلیکیشن موبایل سازنده: از طریق قابلیت اتصال (Connectivity)، امکان پایش وضعیت شارژ (SOC) و برد پیمایش از راه دور بر روی تلفن هوشمند فراهم می‌شود.

SOC در انواع مختلف خودروهای برقی و هیبریدی

• خودروهای تمام برقی (BEVs): SOC حیاتی‌ترین نشانگر برای مدیریت برد پیمایش و برنامه‌ریزی شارژ است.
• هیبریدی‌های پلاگین (PHEVs): SOC باتری هیبریدی نشان‌دهنده میزان برد پیمایش تمام الکتریکی (AER) باقی‌مانده است و در کنار نشانگر سوخت بنزین اهمیت دارد.
• خودروهای هیبریدی استاندارد (HEVs): باتری هیبریدی آن‌ها توسط BMS در یک محدوده SOC نسبتاً باریک (مثلاً ۴۰% تا ۶۰%) مدیریت می‌شود و نمایشگر معمولاً نشان می‌دهد که سیستم هیبریدی در حال کار است یا خیر، نه لزوماً درصد دقیق SOC در آن محدوده باریک.

وضعیت شارژ (SOC) در بازار خودروی ایران

وضعیت شارژ (SOC) به صورت استاندارد بر روی نمایشگر راننده و نمایشگر مرکزی تمام خودروهای برقی و هیبریدی وارداتی به ایران نمایش داده می‌شود. با توجه به چالش‌های مرتبط با برد پیمایش و اضطراب برد (Range Anxiety) در ایران (به دلیل وضعیت زیرساخت شارژ خودروی برقی در ایران که هنوز در حال توسعه است)، دقت و قابلیت اطمینان اطلاعات وضعیت شارژ (SOC) و برد پیمایش برای مالکان ایرانی از اهمیت حیاتی برخوردار است.

مالکان در ایران برای برنامه‌ریزی سفرهای خود و تصمیم‌گیری در مورد زمان و مکان شارژ، کاملاً به اطلاعات SOC نمایش داده شده متکی هستند. عدم دقت در تخمین SOC می‌تواند باعث نگرانی بیشتر و مشکلات در مسیر شود. قابلیت پایش SOC از راه دور (در صورت فعال بودن قابلیت اتصال در ایران) نیز برای مالکان ایرانی یک مزیت راحتی محسوب می‌شود.

نتیجه‌گیری

وضعیت شارژ (State of Charge – SOC) نشانگر میزان انرژی باقی‌مانده در باتری است که به صورت درصدی بیان می‌شود و معادل “باک‌سنج” در خودروهای برقی و هیبریدی پلاگین است. SOC حیاتی‌ترین اطلاعات برای مدیریت برد پیمایش، برنامه‌ریزی شارژ و عملکردهای سامانه مدیریت باتری (BMS) است. وضعیت شارژ (SOC) در تمام خودروهای برقی و هیبریدی وارداتی به ایران نمایش داده می‌شود و با توجه به نقش آن در مدیریت برد و اضطراب برد در ایران، از اهمیت حیاتی برای مالکان در بازار خودروی ایران برخوردار است و دقت آن برای رانندگی آگاهانه و ایمن ضروری است. تخمین دقیق SOC توسط BMS بر اساس داده‌های مختلف (ولتاژ، جریان، دما، تاریخچه) صورت می‌گیرد.