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Estado de carga de la batería de litio

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

Las baterías de iones de litio se utilizan de forma recurrente en una variedad de aplicaciones. Para asegurar un uso efectivo de la batería y una vida más larga, el sistemas de gestión de baterías (BMS) estan empleados. Los BMS recientes se están volviendo sofisticados y provocan una mayor sobrecarga de consumo de la batería. El SoC estimado se calibra mediante el uso de una relación de curva de voltaje de circuito abierto (OCV) a SoC impulsada por eventos. La comparación del sistema ideado se realiza con las contrapartes tradicionales. Los resultados demuestran un rendimiento superior en más de un tercer orden de magnitud del sistema propuesto en términos de ganancia de compresión y eficiencia computacional, al tiempo que aseguran una precisión de estimación de SoC análoga.

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Definición y clasificación de la estimación del COS

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

SOC

Estado de carga (SoC) es el nivel de carga de una batería eléctrica en relación con su capacidad. Las unidades de SoC son puntos porcentuales (0% = vacío; 100% = lleno). Una forma alternativa de la misma medida es la profundidad de descarga (DoD), la inversa de SoC (100% = vacío; 0% = lleno).

Ion de litio VS ácido de plomo

Hay varias formas de medir el estado de carga de iones de litio (SoC) o Profundidad de descarga (DoD) para una batería de litio. Algunos métodos son bastante complicados de implementar y requieren equipos complejos (espectroscopia de impedancia o hidrómetro para baterías de plomo-ácido).

Detallaremos aquí los dos métodos más comunes y sencillos para estimar el estado de carga de una batería: método de voltaje o Voltaje de circuito abierto (OCV) y método de recuento de culombios.

1 / Estimación de SoC mediante el método de voltaje de circuito abierto (OCV)

Todos los tipos de baterías tienen una cosa en común: el voltaje en sus terminales disminuye o aumenta según su nivel de carga. El voltaje será más alto cuando la batería esté completamente cargada y más bajo cuando esté vacía.

Esta relación entre voltaje y SOC depende directamente de la tecnología de batería utilizada. Como ejemplo, el diagrama siguiente compara las curvas de descarga entre una batería de plomo y una batería 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 levemente.

La tecnología de fosfato de hierro y litio tiene la curva de descarga más plana, lo que hace que sea muy difícil estimar el SoC en una simple medición de voltaje. De hecho, la diferencia de voltaje entre dos valores de SoC puede ser tan pequeña que no es posible estimar el estado de carga con buena precisión.

El siguiente diagrama muestra que la diferencia de medición de voltaje entre un valor de DoD del 40% y el 80% es de aproximadamente 6.0 V para una batería de 48 V con tecnología de plomo-ácido, mientras que es de solo 0.5 V para el fosfato de hierro-litio.

Estimación de litio vs AGM Soc por método OCV

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

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2 / Estimación de SoC mediante el método de recuento de Coulomb

Para rastrear el estado de carga cuando se usa la batería, el método más intuitivo es seguir la corriente integrándola durante el uso de la celda. Esta integración da directamente el número de cargas eléctricas inyectadas o retiradas de la batería, lo que permite cuantificar con precisión el SoC de la batería.

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

soc
Contador de Coulomb

Aunque la medición de corriente se realiza mediante una resistencia de precisión, pueden producirse pequeños errores de medición relacionados con la frecuencia de muestreo. Para corregir estos errores marginales, el contador de culombio se recalibra en cada ciclo de carga.

Ion de litio Estado de carga (SoC) La medición realizada por recuento de culombios permite un error de medición inferior al 1%, lo que permite una indicación muy precisa de la energía restante en la batería. A diferencia del método OCV, el recuento de culombios es independiente de las fluctuaciones de energía de la batería (que provocan caídas de voltaje de la batería) y la precisión permanece constante independientemente del uso de la batería.