O que é o estado de carga das baterias solares

Nos sistemas modernos de armazenamento de energia e nos veículos eléctricos, o estado de carga (SOC) de uma bateria é um parâmetro fundamental para avaliar o desempenho da bateria e a energia disponível.

A estimativa exacta do SOC não só ajuda a otimizar as estratégias de carga e descarga, como também garante a segurança do sistema, prolonga a vida útil da bateria e melhora a gestão da energia. Este artigo apresenta a definição, os métodos de cálculo, os algoritmos de estimativa comuns e os factores que influenciam o SOC, juntamente com as suas aplicações práticas no armazenamento de energia fotovoltaica e nos veículos eléctricos.

O que é o SOC

O SOC representa a percentagem de energia armazenada numa bateria ou sistema de armazenamento de energia relativamente à sua capacidade total. Numa bateria, o SOC refere-se ao rácio entre a carga restante atual e a capacidade totalmente carregada, normalmente expresso como uma percentagem.

Este parâmetro ajuda os utilizadores a compreender a capacidade restante da bateria e a planear os horários de carga e descarga. É também uma entrada vital para os Sistemas de Gestão de Baterias (BMS) no controlo de carga, otimização de energia e proteção de segurança - servindo como um indicador chave do desempenho geral do sistema e da disponibilidade de energia.

Estado de carga dos diferentes activos energéticos

Bateria

Nos sistemas de baterias solares, o SOC é utilizado para monitorizar a energia restante em tempo real, ajudando os utilizadores a planear a utilização da energia e os horários de carregamento de forma eficiente para maximizar a utilização da energia.

Veículo elétrico (VE)

Nos veículos eléctricos, o SOC é o parâmetro central do sistema de gestão da bateria (BMS), reflectindo diretamente a autonomia restante do veículo. Fornece informações essenciais para as decisões de condução e desempenha um papel fundamental para garantir a segurança e a longevidade da bateria.

Quer seja em sistemas de armazenamento de energia solar ou em veículos eléctricos, manter o SOC entre 20% e 80% é considerado ótimo e pode melhorar significativamente o ciclo de vida da bateria.

Como calcular o SOC

O estado de carga da bateria pode ser representado como a percentagem de capacidade restante relativamente à sua capacidade máxima.

A fórmula é a seguinte:
SOC = Capacidade restante / Capacidade total × 100

Exemplo:

A capacidade total de armazenamento de LF51200-02 da GODE O conjunto de baterias LiFePO₄ é de 10kWh. Se foram utilizados 3kWh, então: （
7kWh/10kWh）x 100 = SoC 70%.

Descrição do parâmetro:

• Q₀(mAh): Capacidade inicial
• Q(mAh): Capacidade de carga ou descarga
• Qmax(mAh): Capacidade máxima de armazenamento da bateria

Como medir o estado de carga das baterias solares

Num sistema de gestão de baterias (BMS), o SOC não pode ser medido diretamente e é normalmente estimado utilizando os seguintes modelos:

1. Contagem de Coulomb

O método de contagem de Coulomb regista a corrente de carga e descarga ao longo do tempo (integração de corrente). Oferece uma elevada capacidade de resposta e simplicidade, mas sofre de erros cumulativos durante longos períodos e depende fortemente de um SOC inicial exato e da correção da eficiência.

2. Método da tensão em circuito aberto

O método de tensão de circuito aberto mede a tensão terminal em condições de repouso ou de baixa corrente e mapeia-a para SOC utilizando uma curva OCV-SOC pré-calibrada. É intuitivo e exato em condições de estado estacionário, mas requer períodos de repouso para evitar erros induzidos pela polarização.

3. Estimativa baseada em modelos

O método de estimativa baseada em modelos utiliza modelos de circuitos físicos ou equivalentes juntamente com dados de observação para estimar ou prever o SOC. Reflecte o comportamento eletroquímico dinâmico e mantém uma elevada precisão em condições variáveis, mas requer uma modelação precisa, a identificação de parâmetros e uma maior capacidade computacional.

4. Algoritmo híbrido

O Algoritmo Híbrido combina o rastreio em tempo real da Contagem de Coulomb, a correção dinâmica da Estimativa Baseada em Modelos e a calibração estática do método OCV. Equilibra o desempenho em tempo real e a precisão a longo prazo e é amplamente adotado em aplicações industriais de BMS.

Todas as baterias de armazenamento de energia GODE possuem ecrãs LCD, luzes indicadoras ou aplicações móveis para monitorização em tempo real do SOC e outros parâmetros - sem necessidade de cálculo manual.

Este indicador ajuda os utilizadores a avaliar a energia disponível e o desempenho global do sistema.

Principais factores que afectam o SOC

Taxa de carga e descarga

O Taxa C afecta significativamente o SOC. Uma corrente de carga mais elevada aumenta o SOC mais rapidamente, enquanto uma corrente de descarga mais elevada reduz o SOC mais rapidamente. Taxas C excessivas podem prejudicar a precisão do SOC nos cálculos do BMS.

Tensão de carga

A tensão de carregamento determina o SOC máximo que pode ser atingido. Uma tensão mais elevada permite um carregamento mais rápido, mas acelera o envelhecimento e aumenta os riscos de segurança, enquanto uma tensão demasiado baixa conduz a um carregamento insuficiente e a um SOC subestimado.

Profundidade de descarga

Maior Profundidade de descarga (DOD) resulta em maiores quedas de SOC. As descargas profundas aceleram a degradação da capacidade e provocam um comportamento não linear do SOC. Recomenda-se manter DOD no âmbito de 20%-80% para aumentar significativamente a duração da bateria.

Auto-descarga

Mesmo quando estão inactivas, as reacções químicas internas fazem com que as pilhas percam carga gradualmente. Taxas de auto-descarga mais elevadas conduzem a uma deterioração mais rápida do SOC, especialmente sob temperaturas elevadas ou períodos de armazenamento prolongados.

Temperatura

A temperatura tem um impacto direto nas taxas de reação química e na resistência interna. As temperaturas elevadas aceleram as reacções e as flutuações do SOC, mas aumentam o envelhecimento, enquanto as temperaturas baixas reduzem a atividade e a capacidade, abrandando as alterações do SOC e aumentando os erros de estimativa.

Humidade

A humidade ambiente afecta indiretamente o SOC, influenciando o arrefecimento e o isolamento. A humidade elevada pode provocar a oxidação do terminal ou a degradação do isolamento, conduzindo a microfugas e a um declínio lento do SOC, enquanto a humidade baixa suporta um desempenho elétrico estável.

Tipo de bateria

Diferentes produtos químicos (por exemplo, LiFePO₄, NCM, LFP, chumbo-ácido) apresentam curvas tensão-capacidade distintas. LiFePO₄ tem um patamar de tensão plana, dificultando a estimativa do SOC, enquanto o NCM apresenta uma maior sensibilidade à tensão, simplificando a estimativa baseada na tensão.

BMS

A precisão dos algoritmos BMS determina diretamente a fiabilidade do SOC. Se a temperatura, a diminuição da capacidade e a compensação dinâmica da tensão não forem devidamente tidas em conta, os resultados do SOC desviam-se da realidade. Os algoritmos avançados fornecem correção em tempo real para uma estimativa estável e precisa do SOC.

Conclusão

O SOC é um parâmetro essencial nos sistemas de armazenamento de energia e de veículos eléctricos. Através de estimativas científicas e algoritmos de alta precisão, é possível aumentar a eficiência, garantir a segurança e prolongar a vida útil da bateria. A GODE continua a impulsionar a transição para um futuro energético mais ecológico e mais inteligente através da inovação no armazenamento de energia e na tecnologia BMS.