Estado de carga da bateria de lítio

Medição do estado de carga (SoC) de íons de lítio

As baterias de íon-lítio são recorrentemente utilizadas nas mais diversas aplicações.Para garantir uma utilização eficaz da bateria e uma vida mais longa, o sistemas de gerenciamento de bateria (BMS) estão empregados.Os BMSs recentes estão se tornando sofisticados e causam uma sobrecarga de consumo maior na bateria.O SoC estimado é calibrado usando uma relação original de tensão de circuito aberto (OCV) para a curva SoC.A comparação do sistema concebido é feita com as contrapartes tradicionais.Os resultados demonstram um desempenho acima da terceira ordem de magnitude do sistema proposto em termos de ganho de compressão e eficiência computacional, garantindo uma precisão de estimativa SoC análoga.

Definição e Classificação da Estimativa SOC

SOC é um dos parâmetros mais importantes para baterias, mas sua definição apresenta muitos problemas diferentes.Em geral, o SOC de uma bateria é definido como a relação entre sua capacidade atual () e a capacidade nominal ().A capacidade nominal é fornecida pelo fabricante e representa a quantidade máxima de carga que pode ser armazenada na bateria.O SOC pode ser definido da seguinte forma:

Estado de carga (SoC) é o nível de carga de uma bateria elétrica em relação à sua capacidade.As unidades de SoC são pontos percentuais (0% = vazio; 100% = cheio).Uma forma alternativa da mesma medida é a profundidade de descarga (DoD), o inverso do SoC (100% = vazio; 0% = cheio).

Existem várias maneiras de obter a medição do estado de carga de íons de lítio (SoC) ou Profundidade de Descarga (DoD) para uma bateria de lítio.Alguns métodos são bastante complicados de implementar e requerem equipamentos complexos (espectroscopia de impedância ou hidrômetro para baterias de chumbo-ácido).

Vamos detalhar aqui os dois métodos mais comuns e simples para estimar o estado de carga de uma bateria: método da tensão ou Tensão de Circuito Aberto (OCV ) e método de contagem de Coulomb.

1/ Estimativa de SoC usando o Método de Tensão de Circuito Aberto (OCV)

Todos os tipos de baterias têm uma coisa em comum: a tensão em seus terminais diminui ou aumenta dependendo do nível de carga.A tensão será mais alta quando a bateria estiver totalmente carregada e mais baixa quando estiver vazia.

Essa relação entre tensão e SOC depende diretamente da tecnologia da bateria utilizada.Como exemplo, o diagrama abaixo compara as curvas de descarga entre uma bateria de chumbo e uma bateria de íon-lítio.

Pode-se observar que as baterias de chumbo-ácido possuem uma curva relativamente linear, o que permite uma boa estimativa do estado de carga: para uma tensão medida, é possível estimar com bastante precisão o valor do SoC associado.

No entanto, as baterias de íons de lítio têm uma curva de descarga muito mais plana, o que significa que, em uma ampla faixa operacional, a tensão nos terminais da bateria muda muito ligeiramente.

A tecnologia Lithium Iron Phosphate tem a curva de descarga mais plana, o que torna muito difícil estimar o SoC em uma simples medição de tensão.De fato, a diferença de tensão entre dois valores de SoC pode ser tão pequena que não é possível estimar o estado de carga com boa precisão.

O diagrama abaixo mostra que a diferença de medição de tensão entre um valor DoD de 40% e 80% é de cerca de 6,0 V para uma bateria de 48 V na tecnologia de chumbo-ácido, enquanto é de apenas 0,5 V para fosfato de ferro-lítio!

No entanto, indicadores de carga calibrados podem ser usados ​​especificamente para baterias de íons de lítio em geral e baterias de fosfato de ferro e lítio em particular.Uma medição precisa, juntamente com uma curva de carga modelada, permite que as medições SoC sejam obtidas com uma precisão de 10 a 15%.

2/ Estimativa de SoC usando o método de contagem de Coulomb

Para rastrear o estado de carga ao usar a bateria, o método mais intuitivo é acompanhar a corrente integrando-a durante o uso da célula.Essa integração fornece diretamente o número de cargas elétricas injetadas ou retiradas da bateria, possibilitando assim quantificar com precisão o SoC da bateria.

Ao contrário do método OCV, este método é capaz de determinar a evolução do estado de carga durante o uso da bateria.Não requer que a bateria esteja em repouso para realizar uma medição precisa.

Contador Coulomb

Embora a medição de corrente seja realizada por um resistor de precisão, pequenos erros de medição podem ocorrer, relacionados à frequência de amostragem.Para corrigir esses erros marginais, o contador coulomb é recalibrado a cada ciclo de carga.

íon de lítio Estado de carga (SoC) a medição feita por contagem de coulomb permite um erro de medição inferior a 1%, o que permite uma indicação muito precisa da energia restante na bateria.Ao contrário do método OCV, a contagem de coulomb é independente das flutuações de energia da bateria (que causam quedas de tensão da bateria) e a precisão permanece constante, independentemente do uso da bateria.