¿Qué es el estado de carga de las baterías solares?

En los sistemas modernos de almacenamiento de energía y en los vehículos eléctricos, el estado de carga (SOC) de una batería es un parámetro clave para evaluar su rendimiento y la energía disponible.

Una estimación precisa del SOC no sólo ayuda a optimizar las estrategias de carga y descarga, sino que también garantiza la seguridad del sistema, prolonga la vida útil de la batería y mejora la gestión de la energía. Este artículo presenta la definición, los métodos de cálculo, los algoritmos de estimación habituales y los factores que influyen en el SOC, junto con sus aplicaciones prácticas en el almacenamiento de energía fotovoltaica y los vehículos eléctricos.

Qué es el SOC

El SOC representa el porcentaje de energía almacenada en una batería o sistema de almacenamiento de energía en relación con su capacidad total. En una batería, el SOC se refiere a la relación entre la carga restante actual y la capacidad totalmente cargada, expresada normalmente en porcentaje.

Este parámetro ayuda a los usuarios a conocer la capacidad restante de la batería y a planificar los programas de carga y descarga. También es un dato vital para los sistemas de gestión de baterías (BMS) en el control de la carga, la optimización de la energía y la protección de la seguridad, ya que es un indicador clave del rendimiento general del sistema y de la disponibilidad de energía.

Estado de carga de los distintos activos energéticos

Batería

En los sistemas de baterías solares, el SOC se utiliza para controlar la energía restante en tiempo real, lo que ayuda a los usuarios a planificar el uso de la energía y los horarios de carga de forma eficiente para maximizar la utilización de la energía.

Vehículo eléctrico (VE)

En los vehículos eléctricos, el SOC es el parámetro central del Sistema de Gestión de Baterías (BMS), ya que refleja directamente la autonomía restante del vehículo. Proporciona información esencial para las decisiones de conducción y desempeña un papel fundamental para garantizar la seguridad y la longevidad de la batería.

Tanto en sistemas de almacenamiento de energía solar como en vehículos eléctricos, mantener el SOC entre 20% y 80% se considera óptimo y puede mejorar significativamente la vida útil de la batería.

Cómo calcular el SOC

El estado de carga de la batería puede representarse como el porcentaje de capacidad restante en relación con su capacidad máxima.

La fórmula es la siguiente:
SOC = Capacidad restante / Capacidad total × 100

Ejemplo:

La capacidad total de almacenamiento de LF51200-02 de GODE La batería LiFePO₄ es de 10kWh. Si 3kWh se ha utilizado, entonces: （
7kWh/10kWh）x 100 = 70% SoC.

Descripción de los parámetros:

• Q₀(mAh): Capacidad inicial
• Q(mAh): Capacidad de carga o descarga
• Qmax(mAh): Capacidad máxima de almacenamiento de la batería

Cómo medir el estado de carga de las baterías solares

En un sistema de gestión de baterías (BMS), el SOC no puede medirse directamente y suele estimarse utilizando los siguientes modelos:

1. Recuento de culombios

El método Coulomb Counting realiza un seguimiento de la corriente de carga y descarga a lo largo del tiempo (integración de la corriente). Ofrece una gran capacidad de respuesta y simplicidad, pero adolece de errores acumulativos a lo largo de periodos prolongados y depende en gran medida de un SOC inicial preciso y de la corrección de la eficiencia.

2. Método de tensión en circuito abierto

El método de tensión en circuito abierto mide la tensión de los terminales en condiciones de reposo o de baja corriente y la asigna al SOC mediante una curva OCV-SOC precalibrada. Es intuitivo y preciso en condiciones estacionarias, pero requiere periodos de reposo para evitar errores inducidos por la polarización.

3. Estimación basada en modelos

El método de estimación basado en modelos utiliza modelos físicos o de circuitos equivalentes junto con datos de observación para estimar o predecir el SOC. Refleja el comportamiento electroquímico dinámico y mantiene una alta precisión en condiciones variables, pero requiere un modelado preciso, la identificación de parámetros y una mayor capacidad computacional.

4. Algoritmo híbrido

El algoritmo híbrido combina el seguimiento en tiempo real del recuento de culombios, la corrección dinámica de la estimación basada en modelos y la calibración estática del método OCV. Equilibra el rendimiento en tiempo real y la precisión a largo plazo y está muy extendido en las aplicaciones industriales de BMS.

Todas las baterías de almacenamiento de energía GODE cuentan con pantallas LCD, indicadores luminosos o aplicaciones móviles para controlar en tiempo real el SOC y otros parámetros, sin necesidad de cálculos manuales.

Este indicador ayuda a los usuarios a evaluar la energía disponible y el rendimiento general del sistema.

Principales factores que afectan al SOC

Velocidad de carga y descarga

En Tasa C afecta significativamente al SOC. Una corriente de carga más alta aumenta el SOC más rápidamente, mientras que una corriente de descarga más alta reduce el SOC más rápidamente. Unas tasas C excesivas pueden afectar a la precisión del SOC en los cálculos del BMS.

Tensión de carga

El voltaje de carga determina el SOC máximo alcanzable. Un voltaje más alto permite una carga más rápida, pero acelera el envejecimiento y aumenta los riesgos de seguridad, mientras que un voltaje demasiado bajo provoca una carga insuficiente y una subestimación del SOC.

Profundidad de descarga

Mayor Profundidad de descarga (DOD) da lugar a mayores caídas del SOC. Las descargas profundas aceleran la degradación de la capacidad y provocan un comportamiento no lineal del SOC. Se recomienda mantener DOD en 20%-80% para prolongar considerablemente la duración de la batería.

Autodescarga

Incluso en reposo, las reacciones químicas internas hacen que las baterías pierdan carga gradualmente. Unas tasas de autodescarga más elevadas provocan un deterioro más rápido del SOC, especialmente a altas temperaturas o durante periodos de almacenamiento prolongados.

Temperatura

La temperatura influye directamente en la velocidad de las reacciones químicas y en la resistencia interna. Las altas temperaturas aceleran las reacciones y las fluctuaciones de SOC, pero aumentan el envejecimiento, mientras que las bajas temperaturas reducen la actividad y la capacidad, ralentizando los cambios de SOC y aumentando los errores de estimación.

Humedad

La humedad ambiental afecta indirectamente al SOC al influir en la refrigeración y el aislamiento. Una humedad elevada puede causar la oxidación de los terminales o la degradación del aislamiento, lo que provoca microfugas y una lenta disminución del SOC, mientras que una humedad baja favorece un rendimiento eléctrico estable.

Tipo de batería

Las diferentes químicas (por ejemplo, LiFePO₄, NCM, LFP, plomo-ácido) presentan curvas de voltaje-capacidad distintas. LiFePO₄ tiene una meseta de tensión plana, lo que dificulta la estimación del SOC, mientras que NCM muestra una mayor sensibilidad a la tensión, lo que simplifica la estimación basada en la tensión.

BMS

La precisión de los algoritmos BMS determina directamente la fiabilidad del SOC. Si la temperatura, la pérdida de capacidad y la compensación dinámica de la tensión no se tienen en cuenta adecuadamente, los resultados del SOC se desvían de la realidad. Los algoritmos avanzados proporcionan corrección en tiempo real para una estimación estable y precisa del SOC.

Conclusión

El SOC es un parámetro esencial en los sistemas de almacenamiento de energía y vehículos eléctricos. Mediante estimaciones científicas y algoritmos de alta precisión, es posible mejorar la eficiencia, garantizar la seguridad y prolongar la vida útil de las baterías. GODE sigue impulsando la transición hacia un futuro energético más ecológico e inteligente a través de la innovación en almacenamiento de energía y tecnología BMS.