Estado de carga (SOC) de la batería de litio

Medición del estado de carga (SOC) de iones de litio

La utilización de baterías de iones de litio está muy extendida en diversas aplicaciones. Para maximizar su eficiencia y vida útil,sistemas de gestión de bateríasSe utilizan sistemas de gestión de baterías (BMS). Sin embargo, es importante tener en cuenta que los avances recientes en la tecnología BMS han conllevado un mayor consumo de energía, lo que puede tener un impacto negativo en el rendimiento de la batería.

Para abordar este problema, se ha desarrollado un enfoque innovador. El estado de carga (SOC) estimado de la batería se calibra mediante una relación entre la tensión de circuito abierto (OCV) y la curva SOC, basada en eventos. Este método garantiza una estimación precisa del SOC a la vez que minimiza el consumo de energía.

Para validar la eficacia de este enfoque, se realizó una comparación con sistemas BMS tradicionales. Los resultados demuestran claramente la superioridad del sistema propuesto, que supera a sus contrapartes tradicionales en más de un orden de magnitud en términos de ganancia de compresión y eficiencia computacional. Es importante destacar que este rendimiento mejorado no compromete la precisión de la estimación del estado de carga (SOC).

En conclusión, el sistema propuesto ofrece una solución a los desafíos que plantea la sofisticada tecnología BMS. Mediante una relación de curva OCV a SOC basada en eventos, se logran mejoras significativas en la ganancia de compresión y la eficiencia computacional. Este enfoque innovador garantiza una utilización eficaz de la batería y una mayor vida útil, sin comprometer la precisión de la estimación del SOC.

Definición y clasificación de la estimación del carbono orgánico del suelo (COS)

El SOC es uno de los parámetros más importantes para las baterías, pero su definición presenta diversas dificultades. En general, el SOC de una batería se define como la relación entre su capacidad actual () y su capacidad nominal (). La capacidad nominal la proporciona el fabricante y representa la cantidad máxima de carga que puede almacenar la batería. El SOC se puede definir de la siguiente manera:

Estado de carga (SOC)El estado de carga (SOC) es el nivel de carga de una batería eléctrica en relación con su capacidad. Las unidades del SOC son puntos porcentuales (0 % = vacía; 100 % = llena). Otra forma de medir esta misma medida es la profundidad de descarga (DOD), que es la inversa del SOC (100 % = vacía; 0 % = llena).

Existen varias formas de obtener la medición del estado de carga (SOC) de iones de litio oProfundidad de descarga (DOD)para una batería de litio. Algunos métodos son bastante complicados de implementar y requieren equipos complejos (espectroscopia de impedancia o manómetro de hidrómetro para baterías de plomo-ácido).

Aquí detallaremos los dos métodos más comunes y sencillos para estimar el estado de carga de una batería: el método de voltaje oVoltaje de circuito abierto (OCV)) y el método de conteo de Coulomb.

1/ Estimación del estado de carga (SOC) mediante el método de voltaje en circuito abierto (OCV)

Todas las baterías tienen algo en común: el voltaje en sus terminales disminuye o aumenta según su nivel de carga. El voltaje será máximo cuando la batería esté completamente cargada y mínimo cuando esté descargada.

Esta relación entre voltaje y estado de carga (SOC) depende directamente de la tecnología de batería utilizada. Por ejemplo, el siguiente diagrama compara las curvas de descarga de una batería de plomo y una de iones de litio.

Se puede observar que las baterías de plomo-ácido tienen una curva relativamente lineal, lo que permite una buena estimación del estado de carga: para un voltaje medido, es posible estimar con bastante precisión el valor del SOC asociado.

Sin embargo, las baterías de iones de litio tienen una curva de descarga mucho más plana, lo que significa que, en un amplio rango de funcionamiento, el voltaje en los terminales de la batería cambia muy poco.

La tecnología de fosfato de hierro y litio presenta la curva de descarga más plana, lo que dificulta enormemente la estimación del estado de carga (SOC) mediante una simple medición de voltaje. De hecho, la diferencia de voltaje entre dos valores de SOC puede ser tan pequeña que resulta imposible estimar el estado de carga con precisión.

El diagrama que se muestra a continuación revela que la diferencia de medición de voltaje entre un valor DOD del 40 % y del 80 % es de aproximadamente 6,0 V para una batería de 48 V con tecnología de plomo-ácido, mientras que para una de fosfato de hierro y litio es de tan solo 0,5 V.

Sin embargo, los indicadores de carga calibrados pueden utilizarse específicamente para baterías de iones de litio en general y para baterías de fosfato de hierro y litio en particular. Una medición precisa, junto con una curva de carga modelada, permite obtener mediciones del estado de carga (SOC) con una precisión del 10 al 15 %.

2/ Estimación del SOC mediante el método de conteo de Coulomb.

Para controlar el estado de carga de la batería, el método más intuitivo consiste en seguir la corriente integrándola durante su uso. Esta integración proporciona directamente la cantidad de cargas eléctricas inyectadas o extraídas de la batería, lo que permite cuantificar con precisión su estado de carga (SOC).

A diferencia del método OCV, este método permite determinar la evolución del estado de carga durante el uso de la batería. No requiere que la batería esté en reposo para realizar una medición precisa.

Contador de Coulomb

Para garantizar una medición precisa de la corriente, es importante corregir cualquier error potencial que pueda surgir debido a la frecuencia de muestreo. Si bien la medición de corriente generalmente se realiza con una resistencia de precisión, aún pueden producirse pequeños errores. Estos errores pueden atribuirse a la frecuencia de muestreo, que puede introducir imprecisiones marginales. Sin embargo, existe una solución para corregir estos errores y asegurar mediciones precisas.

Para corregir cualquier error marginal causado por la frecuencia de muestreo, el contador de culombios se recalibra en cada ciclo de carga. Este proceso de recalibración es crucial para mantener la precisión de la medición de corriente. Al recalibrar el contador de culombios, se corrigen los errores que pudieran haber ocurrido durante el ciclo de carga anterior, lo que garantiza que las mediciones posteriores sean precisas y fiables.

Mediante este proceso de recalibración, se mejora significativamente la precisión de la medición de corriente. Permite identificar y corregir cualquier error marginal que pudiera haberse introducido debido a la frecuencia de muestreo. Esto garantiza que las mediciones obtenidas sean altamente precisas y fiables para diversas aplicaciones, como la investigación científica, los procesos industriales o el diseño de circuitos electrónicos.

En conclusión, si bien la medición de corriente mediante una resistencia de precisión suele ser fiable, pueden producirse pequeños errores debido a la frecuencia de muestreo. Sin embargo, al recalibrar el contador de culombios en cada ciclo de carga, estos errores marginales pueden corregirse. Esto garantiza que las mediciones obtenidas sean altamente precisas y fiables para una amplia gama de aplicaciones. Al implementar este proceso de recalibración, podrá tener plena confianza en la precisión y fiabilidad de sus mediciones de corriente.

Iones de litioEstado de carga (SOC)La medición mediante conteo de culombios permite un margen de error inferior al 1 %, lo que proporciona una indicación muy precisa de la energía restante en la batería. A diferencia del método OCV, el conteo de culombios es independiente de las fluctuaciones de potencia de la batería (que provocan caídas de voltaje) y su precisión se mantiene constante independientemente del uso de la batería.