قد تعرض شاشة البطارية حالة شحن SOC بنسبة 70% بينما يكون النظام مُعدّاً للعمل بين 90% و20% SOC، ويُسمح للبطارية بالتفريغ حتى 0.5C. تصف الأرقام الثلاثة البطارية نفسها، لكنها تجيب عن أسئلة مختلفة. أحدها يوضح موضع البطارية الآن. وآخر يحدد مقدار نطاق شحنها الذي يرغب النظام في استخدامه. والثالث يصف مدى سرعة انتقال الشحنة إلى الداخل أو الخارج نسبةً إلى سعة البطارية. تبدأ الحيرة عند قراءتها على أنها ثلاث صيغ للسؤال: «كم تبقى من البطارية؟».حالة الشحن، أو SOC، هي نقطة البداية لأنها تصف مستوى الشحن الحالي للبطارية. يعرّف IEEE حالة الشحن بأنها الطاقة الكهربائية المتبقية في خلية أو حزمة، معبَّراً عنها كنسبة مئوية من السعة القابلة للاستخدام في الظروف الحالية. عملياً، تُقدَّر SOC بدلاً من قراءتها مباشرةً من قياس واحد، لذا فإن النسبة المعروضة تقدير للحالة وليست اسماً آخر لتصنيف البطارية بالكيلوواط ساعة. يمكن أن تكون بطاريتان مختلفتا الحجم جداً عند 70% SOC. تحدد النسبة موضع كل بطارية بالنسبة إلى مرجع سعتها؛ ولا تعني أن أياً منهما تحتوي على 70 kWh. (technav.ieee.org) لا ينبغي أيضاً الخلط بين SOC وحالة الصحة SOH: تصف SOC حالة الشحن الحالية، بينما تصف SOH قدرة البطارية على تخزين الطاقة وتقديمها مقارنةً بمرجع مثل بطارية جديدة. (analog.com)
تحتاج النسبة المئوية إلى مرجع
يقترب عمق التفريغ، أو DoD، من البطارية نفسها من الاتجاه الآخر. تعرّف Analog Devices DoD بأنها النسبة المئوية من السعة التي تم تفريغها مقارنةً بالسعة الاسمية. وفي إطار اصطلاح مبسط تستخدم فيه SOC وDoD المرجع نفسه ويُتجاهل التقادم أو تعديلات الكفاءة، تتحركان في اتجاهين متعاكسين: تقابل 100% SOC نسبة 0% DoD، وتقابل 20% SOC نحو 80% DoD من الشحن الكامل. هذه العلاقة مفيدة، لكنها ليست سبباً للتعامل مع كل تغير في SOC على أنه بيان DoD مكافئ تلقائياً. فلا يزال المرجع مهماً. (analog.com)
يصبح التمييز عملياً عندما يفرض النظام نافذة تشغيل. تتعامل وثائق System Advisor Model التي يحتفظ بها المختبر الوطني لجبال الروكي مع الحدين الأدنى والأقصى لـ SOC بوصفهما حدوداً للتشغيل. فحد SOC أدنى قدره 20%، على سبيل المثال، يمنع النموذج من التفريغ إلى ما دون 20% من السعة المتاحة؛ ويحدد الحد الأقصى لـ SOC حد الشحن العلوي. إذا شُغّلت البطارية بين 90% و20% SOC، فإن النافذة المسموح بها تمتد عبر 70 نقطة مئوية. يصف ذلك نطاق التشغيل من دون افتراض أن الشركة المصنّعة أو واجهة البرنامج تستخدم «70% DoD» بالطريقة نفسها تماماً. ويشير SAM أيضاً إلى أن حدود SOC فيه هي نسب مئوية من السعة المتاحة، التي يمكن أن تتغير مع مرور الوقت. (samrepo.nlr.gov)
لذلك، فإن نافذة SOC ليست هي نفسها حساباً لتوصيل الطاقة. فالبطارية عند 70% SOC تقع في مكان ما ضمن نطاق الشحن المسموح به، لكن الرقم لا يخبرك بمفرده بعدد الكيلوواط ساعة AC التي يمكن أن تصل إلى حمل. وتبقى السعة الاسمية مقابل القابلة للاستخدام وحدود القياس DC مقابل AC أسئلة منفصلة. والعادة المفيدة هنا أبسط: افصل بين الحالة الحالية للبطارية وحدود التشغيل المفروضة حول تلك الحالة. ويميّز SAM نفسه بين سعة البطارية الاسمية وسعة متاحة أو قابلة للاستخدام أصغر، ويعامل تحويل القدرة بصورة منفصلة عندما تكون البطارية موصولة على جانب AC. (samrepo.nlr.gov)
يضيف معدل C البعد المفقود: السرعة
تخبرك SOC ونافذة التشغيل عن الموضع والنطاق. ويضيف معدل C السرعة. يعرّف SAM معدل C للتفريغ بأنه تيار التفريغ مقسوماً على السعة الاسمية، كما يستخدم معدل C على مستوى مجموعة البطاريات بوصفه القدرة مقسومة على سعة الطاقة الاسمية. وهذا التطبيع هو ما يجعل المصطلح مفيداً. بالنسبة إلى بطارية 100 Ah، يكون 100 A هو 1C ويكون 50 A هو 0.5C. ويمكن تطبيق التسميات نفسها على بطارية أكبر أو أصغر لأن التيار يُعبَّر عنه نسبةً إلى سعة تلك البطارية نفسها. (samrepo.nlr.gov)
تأتي القاعدة المألوفة «1C يعني ساعة واحدة» من تلك العلاقة، لكنها تفسير مثالي وليست ضماناً لمدة التشغيل. فإذا استطاعت بطارية 100 Ah تقديم كامل قدرتها الاسمية 100 Ah عند معدل ثابت 100 A، فإن الحساب يعطي ساعة واحدة؛ وعند 50 A، أو 0.5C، يعطي ساعتين. وقد يبدأ نظام حقيقي عند أقل من 100% SOC، أو يتوقف عند حد أدنى لـ SOC، أو يواجه حالة قطع، أو تكون سعته القابلة للاستخدام مختلفة عن التصنيف الاسمي. يخبرك معدل C بمعدل الشحن أو التفريغ، ولا يعدك بمدة دعم نظام تخزين كامل لحمل ما. وتوضح أمثلة SAM على مستوى النظام التمييز نفسه بتعريف معدل C من قدرة البطارية والطاقة الاسمية، مع التعامل مع حدود SOC بصورة منفصلة. (samrepo.nlr.gov)
عُد الآن إلى العبارة الافتتاحية: البطارية عند 70% SOC، وتعمل بين 90% و20% SOC، ويمكنها التفريغ حتى 0.5C. يحدد الرقم الأول موضع البطارية ضمن نطاق شحنها. ويضع الزوج الثاني الحدود التي ينوي النظام العمل ضمنها عادةً. يصف DoD مقدار السعة التي فُرِّغت نسبةً إلى مرجعها المعلن، بينما يحدد معدل C معدل التفريغ نسبةً إلى السعة. لا يُعد أي من هذه الأرقام درجة للجودة، ولا يمكن لأي منها أن يحل محل الآخر. وهي تصف مجتمعةً الحالة وعمق الاستخدام أو نطاقه والمعدل.
عندما تظهر نسبة مئوية أو معدل C في ورقة بيانات أو شاشة تحكم أو مقال تقني، فلا تبدأ بالسؤال عما إذا كان الرقم مرتفعاً أم منخفضاً. اسأل عمّا يصفه ذلك الرقم وعن المرجع الذي يقف وراءه. هل هو الحالة الحالية للبطارية، أم مقدار السعة التي فُرِّغت، أم حدود نافذة التشغيل، أم المعدل الذي تتحرك به الشحنة؟ بعد الإجابة عن هذا السؤال، تتوقف SOC وDoD ومعدل C عن الظهور كمجرد ثلاث قطع من المصطلحات المتخصصة، وتبدأ في وصف أجزاء مختلفة من صورة التشغيل نفسها.
