Estat de càrrega de la bateria de liti

Mesura de l'estat de càrrega (SoC) de ions de liti

Les bateries d'ió de liti s'utilitzen de manera recurrent en una varietat d'aplicacions.Per garantir una utilització efectiva de la bateria i una vida més llarga, el sistemes de gestió de bateries (BMS) estan ocupats.Els BMS recents s'estan tornant sofisticats i provoquen un major consum de la bateria.El SoC estimat es calibra mitjançant una relació de corba de voltatge obert (OCV) impulsada per esdeveniments originals.La comparació del sistema ideat es fa amb els homòlegs tradicionals.Els resultats demostren un rendiment superior al tercer ordre de magnitud del sistema proposat en termes de guany de compressió i eficiència computacional alhora que assegura una precisió d'estimació de SoC anàloga.

Definició i Classificació de SOC Estimació

El SOC és un dels paràmetres més importants de les bateries, però la seva definició presenta molts problemes diferents.En general, el SOC d'una bateria es defineix com la relació entre la seva capacitat actual () i la capacitat nominal ().La capacitat nominal ve donada pel fabricant i representa la quantitat màxima de càrrega que es pot emmagatzemar a la bateria.El SOC es pot definir de la següent manera:

Estat de càrrega (SoC) és el nivell de càrrega d'una bateria elèctrica en relació a la seva capacitat.Les unitats de SoC són punts percentuals (0% = buit; 100% = ple).Una forma alternativa de la mateixa mesura és la profunditat de descàrrega (DoD), la inversa de SoC (100% = buit; 0% = ple).

Hi ha diverses maneres d'obtenir la mesura de l'estat de càrrega (SoC) d'ió de liti o Profunditat de descàrrega (DoD) per a una bateria de liti.Alguns mètodes són força complicats d'implementar i requereixen equipaments complexos (espectroscòpia d'impedància o indicador hidròmetre per a bateries de plom-àcid).

Detallarem aquí els dos mètodes més comuns i senzills per estimar l'estat de càrrega d'una bateria: mètode de voltatge o Tensió de circuit obert (OCV ) i mètode de recompte de coulombs.

1/ Estimació de SoC mitjançant el mètode de voltatge de circuit obert (OCV)

Tots els tipus de bateries tenen una cosa en comú: la tensió als seus terminals disminueix o augmenta en funció del seu nivell de càrrega.La tensió serà més alta quan la bateria estigui completament carregada i més baixa quan estigui buida.

Aquesta relació entre voltatge i SOC depèn directament de la tecnologia de la bateria utilitzada.Com a exemple, el diagrama següent compara les corbes de descàrrega entre una bateria de plom i una bateria de ions de liti.

Es pot veure que les bateries de plom-àcid tenen una corba relativament lineal, que permet una bona estimació de l'estat de càrrega: per a una tensió mesurada, és possible estimar amb força precisió el valor del SoC associat.

Tanmateix, les bateries d'ions de liti tenen una corba de descàrrega molt més plana, el que significa que en un ampli rang de funcionament, la tensió als terminals de la bateria canvia molt lleugerament.

La tecnologia de fosfat de ferro de liti té la corba de descàrrega més plana, cosa que dificulta molt l'estimació del SoC en una mesura de tensió senzilla.De fet, la diferència de tensió entre dos valors de SoC pot ser tan petita que no és possible estimar l'estat de càrrega amb bona precisió.

El diagrama següent mostra que la diferència de mesura de tensió entre un valor de DoD del 40% i el 80% és d'uns 6,0 V per a una bateria de 48 V amb tecnologia de plom-àcid, mentre que només és de 0,5 V per al fosfat de liti i ferro!

Tanmateix, els indicadors de càrrega calibrats es poden utilitzar específicament per a bateries d'ions de liti en general i bateries de fosfat de ferro de liti en particular.Una mesura precisa, juntament amb una corba de càrrega modelada, permet obtenir mesures de SoC amb una precisió del 10 al 15%.

2/ Estimació de SoC mitjançant el mètode de comptatge de Coulomb

Per fer un seguiment de l'estat de càrrega en utilitzar la bateria, el mètode més intuïtiu és seguir el corrent integrant-lo durant l'ús de la cèl·lula.Aquesta integració dóna directament el nombre de càrregues elèctriques injectades o retirades de la bateria, per la qual cosa es pot quantificar amb precisió el SoC de la bateria.

A diferència del mètode OCV, aquest mètode és capaç de determinar l'evolució de l'estat de càrrega durant l'ús de la bateria.No requereix que la bateria estigui en repòs per realitzar una mesura precisa.

Comptador de Coulomb

Tot i que la mesura de corrent es realitza mitjançant una resistència de precisió, es poden produir petits errors de mesura relacionats amb la freqüència de mostreig.Per corregir aquests errors marginals, el comptador de coulombs es recalibra a cada cicle de càrrega.

Ió de liti Estat de càrrega (SoC) la mesura feta per recompte de coulombs permet un error de mesura inferior a l'1%, el que permet una indicació molt precisa de l'energia que queda a la bateria.A diferència del mètode OCV, el recompte de coulombs és independent de les fluctuacions de la potència de la bateria (que provoquen caigudes de tensió de la bateria) i la precisió es manté constant independentment de l'ús de la bateria.