Como medir el estado de una bateria
Cálculo del estado de carga
Pero hay varios factores que afectan a la precisión del método de recuento de Coulomb, como la temperatura, el historial de la batería, la corriente de descarga y la vida útil del ciclo [20]. Para mejorar el método de recuento de Coulomb, se propone una nueva técnica denominada método de recuento de Coulomb modificado. El método de recuento de Coulomb modificado utiliza la corriente corregida para mejorar la precisión de la estimación. La corriente corregida es la función de la corriente de descarga. Existe una relación cuadrática entre la corriente corregida y la corriente de descarga de la batería. Mediante la práctica de los datos experimentales, la corriente corregida se calcula de la siguiente forma
donde es la entrada total de la neurona de la capa oculta; es la entrada a la neurona de la capa oculta desde la neurona de la capa de entrada; es el peso entre la neurona de la capa de entrada y la neurona de la capa oculta; es el sesgo de la neurona de la capa oculta. La función de activación aplicada a la neurona de la capa oculta es la función tangente hiperbólica que se calcula mediante la siguiente ecuación:
Estado de carga
Conocer la cantidad de energía que le queda a una batería en comparación con la que tenía cuando estaba llena da al usuario una indicación de cuánto tiempo seguirá funcionando una batería antes de necesitar una recarga. Es una medida de la capacidad a corto plazo de la batería. Utilizando la analogía de un depósito de combustible en un coche, la estimación del Estado de Carga (SOC) suele denominarse la función "Gasómetro" o "Indicador de combustible".
El SOC se define como la capacidad disponible expresada como un porcentaje de alguna referencia, a veces su capacidad nominal, pero más probablemente su capacidad actual (es decir, en el último ciclo de carga-descarga), pero esta ambigüedad puede dar lugar a confusiones y errores. No suele ser una medida absoluta en culombios, kWh o Ah de la energía que queda en la batería, lo que sería menos confuso.
La referencia de SOC preferida debería ser la capacidad nominal de una célula nueva en lugar de la capacidad actual de la célula. Esto se debe a que la capacidad de la célula se reduce gradualmente a medida que la célula envejece. Por ejemplo, hacia el final de la vida útil de la célula, su capacidad real se acercará sólo al 80% de su capacidad nominal y, en este caso, incluso si la célula estuviera completamente cargada, su SOC sólo sería el 80% de su capacidad nominal. Los efectos de la temperatura y la velocidad de descarga reducen aún más la capacidad efectiva. Esta diferencia en los puntos de referencia es importante si el usuario depende de la estimación del SOC como lo haría en una aplicación real de medidor de gasolina en un coche.
El estado de los métodos de estimación de la carga de la batería: una revisión
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Es importante mencionar que el estado de carga, presentado como un indicador o valor porcentual en el salpicadero de cualquier vehículo, especialmente en los vehículos híbridos enchufables, puede no ser representativo de un nivel de carga real. En ese caso concreto, una cantidad notable de energía almacenada en la batería eléctrica no se muestra en el salpicadero, y se reserva para las operaciones de trabajo del híbrido. Permite que un vehículo acelere con motores eléctricos utilizando principalmente la energía de la batería, mientras el motor de gasolina sirve de generador y recarga la batería hasta el nivel mínimo necesario para esa operación. Ejemplos de este tipo de coches son el Mitsubishi Outlander PHEV (todas las versiones/años de producción), donde el 0% del estado de carga que se presenta al conductor es un 20-22% real del nivel de carga (asumiendo el nivel cero como el nivel más bajo de carga permitido por el fabricante del coche). Otro es el BMW i3 REX (versión Range Extender), donde alrededor del 6% del SOC está reservado para operaciones similares a las del PHEV. Tesla ha declarado que su SOC debería ser inferior al 95%, y algunos comentaristas dicen que entre el 30% y el 80%. Hay algunos datos que respaldan esto también[1].
Estado de la batería de funciones
La principal tarea de un sistema de gestión de baterías (BMS) es proporcionar seguridad y longevidad a la batería. Esto puede hacerse mediante la supervisión y el control continuos del estado de carga (SOC) y del estado de salud (SOH) de la batería. En este post, destacaremos las funciones principales del BMS y le hablaremos de las técnicas de estimación del SOC y el SOH a través de la lente de nuestra experiencia personal en proyectos a gran escala, como los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS). Dicho esto, las soluciones que vamos a cubrir aquí pueden ser relevantes para cualquier sistema que funcione con una batería recargable y que pueda necesitar un BMS.
Las baterías recargables pueden alimentar una gran variedad de sistemas y soluciones. La mayoría de ellos requieren un BMS para garantizar el rendimiento seguro y duradero de la batería, incluso mediante los cálculos correctos de SOC y SOH.
A partir de ahora vamos a hablar de los métodos de estimación de SOC y SOH que utilizamos durante el desarrollo de proyectos BESS. Sin embargo, los mismos métodos pueden funcionar también para su sistema, independientemente de lo grande y complejo que sea el BMS.