Estado de carga

Este método solo funciona con baterías que permiten el acceso a su electrolito líquido , como las baterías de plomo-ácido no selladas . La densidad del electrolito puede utilizarse para determinar el estado de carga (SoC) de la batería.

Los hidrómetros se utilizan para calcular la densidad relativa de una batería. Para hallarla, es necesario medir el volumen del electrolito y pesarlo. La densidad relativa se calcula mediante la fórmula (masa del electrolito [g] / volumen del electrolito [ml]) / (densidad del agua, es decir, 1 g/1 ml). Para calcular el estado de carga (SoC) a partir de la densidad relativa, se necesita una tabla de consulta que relacione la densidad relativa con el estado de carga.

Se ha demostrado que la refractometría es un método viable para el monitoreo continuo del estado de carga. El índice de refracción del electrolito de la batería está directamente relacionado con la gravedad específica o densidad del electrolito de la celda. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Cabe destacar que el análisis del electrolito no proporciona información sobre el estado de carga en el caso de las baterías de iones de litio y otras baterías que no producen ni consumen disolvente ni especies disueltas durante su funcionamiento. El método funciona para las baterías de plomo-ácido , ya que la concentración de ácido sulfúrico cambia con el estado de carga de la batería según la siguiente reacción:

Pb (s) + PbO₂ (s) + 2H₂ SO₄ (aq) → 2PbSO₄ (s) + 2H₂ O(l) ${\displaystyle E_{cell}^{\circ }=2.05{\text{ V}}}$

Este método convierte la lectura del voltaje de la batería a estado de carga (SoC), utilizando la curva de descarga conocida (voltaje vs. SoC) de la batería. Sin embargo, el voltaje se ve afectado significativamente por la corriente de la batería (debido a su cinética electroquímica ) y la temperatura. Este método puede mejorarse compensando la lectura de voltaje con un término de corrección proporcional a la corriente de la batería y utilizando una tabla de consulta del voltaje en circuito abierto de la batería en función de la temperatura.

De hecho, uno de los objetivos declarados del diseño de baterías es proporcionar un voltaje lo más constante posible independientemente del estado de carga (SoC), lo que dificulta la aplicación de este método. Para baterías cuyo voltaje es independiente de su estado de carga (como las de fosfato de hierro y litio ), las mediciones de voltaje en circuito abierto no permiten una estimación fiable del SoC. Por otro lado, las baterías con curvas de voltaje-carga con pendiente (como las de níquel-cobalto-manganeso ) son más adecuadas para la estimación del SoC a partir de las mediciones de voltaje en circuito abierto . ^{[ 15 ]}

Este método, también conocido como conteo de culombios , calcula el estado de carga (SoC) midiendo la corriente de la batería e integrándola en el tiempo. Dado que ninguna medición es perfecta, este método presenta deriva a largo plazo y carece de un punto de referencia; por lo tanto, el SoC debe recalibrarse periódicamente, por ejemplo, restableciéndolo al 100 % cuando el cargador determina que la batería está completamente cargada (utilizando alguno de los otros métodos descritos aquí).

Maxim Integrated promociona un enfoque combinado de voltaje y carga que, según afirma, es superior a cualquiera de los métodos por separado; está implementado en su serie de chips ModelGauge m3, como el MAX17050, ^{[ 16 ] [ 17 ]} que se utiliza en los dispositivos Android Nexus 6 y Nexus 9 , por ejemplo. ^{[ 18 ]}

Para superar las limitaciones del método de voltaje y del método de integración de corriente, se puede utilizar un filtro de Kalman . La batería se puede describir mediante un modelo eléctrico que el filtro de Kalman utilizará para predecir la sobretensión a partir de la corriente observada. En combinación con el conteo de culombios, permite una estimación precisa del estado de carga. La ventaja de esta técnica radica en que el filtro de Kalman ajusta su confianza relativa en el voltaje de la batería y el conteo de culombios en tiempo real. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

Este método puede utilizarse con ciertas baterías de NiMH , cuya presión interna aumenta rápidamente durante la carga. Generalmente, un interruptor de presión indica si la batería está completamente cargada. Este método puede mejorarse teniendo en cuenta la ley de Peukert , que depende de la corriente de carga/descarga.