Estado de carga (SOC)

El estado de carga (SOC) es una medida de la cantidad de energía disponible en una batería en un momento específico expresado como porcentaje. Por ejemplo, la lectura de SOC para una computadora puede ser 95% llena o 10% llena. El SOC proporciona al usuario información sobre cuánto tiempo más puede funcionar la batería antes de que sea necesario cargarla o reemplazarla. Comprender el estado de carga es importante porque comprender la capacidad restante de un bateador puede ayudar a hacer una estrategia de control.

Básicamente, el SOC actúa como un indicador de combustible en un automóvil. Informa a los usuarios cuánto tiempo más pueden operar el dispositivo o la máquina antes de que se quede sin energía y ya no pueda funcionar. De hecho, los lectores de SOC han reemplazado el indicador de combustible en los autos eléctricos. Los dispositivos electrónicos con baterías utilizan varios métodos para medir el SOC, como medir voltaje, gravedad específica, impedancia interna y contar culombios. Los avances realizados con la inteligencia artificial (IA) también han creado nuevas formas de estimar el estado de carga.

La profundidad de descarga (DOD) es lo opuesto al SOC. Este término estrechamente relacionado se refiere a medir la cantidad de carga que se ha gastado en la batería.

Métodos para determinar el estado de carga

Como se mencionó anteriormente, los métodos principales para calcular el estado de carga son: medir voltaje, gravedad específica o impedancia interna y contar culombios. Estos métodos dependen de los niveles de medición que cambian a medida que se carga o descarga la batería.

En el método de voltaje, cuanto mayor es el voltaje, más llena está la batería. Un voltaje alto indica que la energía de la batería está sometida a mucha presión y, por tanto, que la batería está llena. Un voltaje más bajo indica una presión más baja debido al exceso de espacio dentro de la batería.

Medir el SOC con voltaje es simple, pero puede producir resultados inexactos ya que la temperatura y los materiales de la celda afectan el voltaje. Para producir una lectura precisa con el método de voltaje, las baterías primero deben reposar en un estado de circuito abierto durante cuatro horas como mínimo, pero la mayoría de los fabricantes de baterías recomiendan dejarlas reposar durante 24 horas. Por lo tanto, el método de voltaje no es adecuado para medir baterías que se utilizan activa y continuamente.

El uso de la gravedad específica para determinar el SOC implica el uso de un hidrómetro para medir la densidad relativa de los líquidos en función de la flotabilidad. El hidrómetro rastrea los cambios en el peso de los productos químicos activos dentro de la batería a medida que se descarga. A medida que se usa una batería, la cantidad de ácido sulfúrico, un electrolito activo, disminuye, lo que disminuye proporcionalmente la gravedad específica de la batería.

Algunas baterías de plomo-ácido modernas incorporan sensores electrónicos, en lugar de utilizar hidrómetros, que producen lecturas en tiempo real de las medidas de gravedad específica y proporcionan un estado de carga bastante preciso. Un inconveniente importante de usar mediciones de gravedad específica para determinar el SOC es que el método solo se puede usar con baterías de plomo-ácido, ya que no será efectivo con otras químicas de baterías.

Dado que los productos químicos activos dentro de la batería cambian de composición cuando se convierten de una forma a otra durante los procesos de carga y descarga, entonces la impedancia interna puede usarse para medir el estado de carga. Medir la impedancia interna significa medir la cantidad de oposición que presenta un circuito a una corriente cuando se aplica voltaje. Este método no es una opción común para determinar el SOC porque la impedancia depende de la temperatura y es difícil de medir con celdas activas.

Por último, el recuento de culombios se puede utilizar para determinar el estado de carga midiendo la corriente que entra y sale de la batería. El amperio-segundo (As) es la unidad de medida utilizada tanto para la carga como para la descarga. Algunos dispositivos electrónicos incorporan un pequeño contador de culombio que mide la corriente utilizada por el dispositivo host, la suma a lo largo del tiempo y luego compara esta métrica con la capacidad programada de la batería para determinar el SOC. Sin embargo, este método no considera la eficiencia de la batería y es costoso y difícil encontrar mediciones de corriente precisas.

Ejemplos de métodos de determinación del estado de carga

Si bien el método de voltaje produce imprecisiones, es el método más comúnmente utilizado para producir mediciones del estado de carga debido a su simplicidad. Se utiliza con frecuencia en coches de golf, sillas de ruedas y scooters.

Los dispositivos portátiles profesionales, como computadoras portátiles y equipos médicos, con frecuencia se basan en el método de recuento de culombios para producir mediciones del SOC.

El método de impedancia interna encuentra aplicaciones dentro de la fabricación de automóviles. Durante las pruebas y la depuración, algunas baterías se descargan durante más tiempo que otras y requieren carga antes del tránsito. La medición de la impedancia interna también se utiliza en los sistemas de nivelación de carga que requieren que una batería esté continuamente cargada o descargada.