Existen varias formas de obtener la medición del estado de carga (SoC) o la profundidad de descarga (DoD) de 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).
A continuación, detallaremos los dos métodos más comunes y sencillos para estimar el estado de carga de una batería: el método de voltaje o voltaje de circuito abierto (VoC) y el método de contador de Coulomb.
Estimación del estado de carga mediante el método de voltaje de circuito abierto (Voc)
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 el voltaje y el estado de carga depende directamente de la tecnología de batería utilizada. A modo de ejemplo, el diagrama siguiente compara las curvas de descarga entre una batería de plomo y una batería de ion-litio. Curva de descarga de Litio LiFePO4 vs. Plomo
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 ligeramente.
La tecnología de litio hierro fosfato 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 diagrama siguiente muestra que la diferencia de medición de voltaje entre un valor de DoD del 40% y del 80% es de aproximadamente 6,0 V para una batería de 48 V en tecnología de plomo-ácido, mientras que es de solo 0,5 V para fosfato de hierro y litio.
Sin embargo, los indicadores de carga calibrados se pueden utilizar 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 del estado de carga con una precisión del 10 al 15 %.
Estimación del estado de carga mediante un contador de Coulomb
Para rastrear el estado de carga cuando se usa la batería, el método más intuitivo es medir la corriente integrándola durante el uso de la celda. Esta integración proporciona directamente la cantidad de cargas eléctricas inyectadas o extraídas de la batería, lo que permite cuantificar con precisión el estado de carga de la batería.
A diferencia del método VoC, este método puede 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.
Aunque la medición de la corriente se realiza mediante una resistencia de precisión o Shucnt, pueden producirse pequeños errores de medición relacionados con la frecuencia de muestreo. Para corregir estos errores marginales, el contador de Coulomb se recalibra en cada ciclo de carga.
La medición del estado de carga (SoC) de iones de litio realizada mediante el contador de Coulomb permite un error de medición de menos del 1 %, lo que permite una indicación muy precisa de la energía restante en la batería. A diferencia del método VoC, el contador de Coulomb 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.
