De ce procentul de încărcare (SoC) “sare” uneori? (Se întâmplă și la litiu, în special la LFP)

Dacă aveți o baterie de uz casnic conectată la energia fotovoltaică, este posibil să observați un comportament surprinzător:
procentul de încărcare (SoC, Starea de încărcare) nu crește sau scade întotdeauna într-un mod perfect continuu.
Uneori pare să facă mici “clicuri” (de exemplu, 52% → 47% sau 18% → 23%).

În marea majoritate a cazurilor, acest lucru nu indică o defecțiune: este efectul natural al faptului că SoC este un
estimare inteligentă, nu o măsurare directă. Iar această estimare se poate actualiza atunci când condițiile se schimbă
(cererea de energie, temperatura, faza de încărcare/descărcare, perioadele de repaus) sau atunci când sistemul se recalibrează.

1) Ce este de fapt SoC? O estimare, nu un “senzor”

Nu există niciun senzor care să “citească” procentul de încărcare, precum un plutitor în rezervor.
SoC este estimat prin BMS (Sistem de gestionare a bateriei) folosind măsuri precum:
curent, tensiune e temperatură, împreună cu un model matematic.

În multe arhitecturi, o combinație de:
numărarea coulombilor (numărând cantitatea de încărcare care intră/ieși în timp) și
corecții bazate pe tensiune în repaus (OCV) și pe temperatură.
Atunci când condițiile se schimbă sau informațiile disponibile se îmbunătățesc, algoritmul poate “realinia” estimarea,
și acest lucru poate părea un salt.

2) Deoarece este mai vizibil la începutul vieții (sau după resetare/upgrade)

În primele zile/săptămâni de utilizare - sau după o resetare, o actualizare a firmware-ului sau o modificare majoră a parametrilor -
sistemul poate trece printr-o fază de calibrare (adesea numit autoînvățare).
În această etapă, algoritmul rafinează parametrii cu ajutorul cărora transformă semnalele electrice în procente.

Atunci când algoritmul găsește noi “puncte de referință” (de exemplu, condiții apropiate de sfârșitul încărcării sau de sfârșitul descărcării,
sau perioadele de repaus utile pentru citirea OCV), acesta poate corecta estimarea și face să apară un instantaneu.

3) Abaterea termică: deoarece încălzirea/răcirea face SoC-ul mai “nervos”.”

Temperatura afectează toate bateriile deoarece le modifică răspunsul electrochimic și electric.
În general, temperatura se poate schimba:

• rezistență internă iar tensiunea scade sub sarcină;
• relația dintre tensiune în repaus (OCV) e SoC;
• dinamica recuperarea tensiunii atunci când sarcina se modifică sau bateria se “relaxează”.

Rezultat: pentru aceeași cantitate de energie prezentă efectiv, tensiunea măsurată poate varia diferit în funcție de temperatură și de puterea instantanee.
Dacă algoritmul (de asemenea) utilizează tensiunea pentru a corecta SoC, acesta poate actualiza estimarea atunci când condițiile se schimbă brusc.

4) Se întâmplă acest lucru și cu litiul? Da. Și este adesea mai vizibil pe LiFePO₄ (LFP)

Acest fenomen nu este “tipic pentru sodiu”: este comun multor chimicale (inclusiv litiu), deoarece depinde de modul în care este estimat SoC.

În special, cu privire la baterii LiFePO₄ (LFP) Estimarea SoC este adesea mai delicată deoarece curba
OCV-SoC are o zonă centrală foarte “plată” (o platou):
În acest interval, tensiunea se modifică puțin, deși procentul de încărcare se modifică destul de mult.
Acest lucru reduce ’observabilitatea“ bazată pe tensiune a SoC și face mai probabile corecțiile neperfect de liniare,
în special cu zgomot, sarcini variabile și temperaturi scăzute.

(Pentru contextul tehnic: mai multe lucrări raportează că LFP are un platou OCV-SoC care face estimarea SoC mai dificilă și că erorile mici / zgomotul de tensiune
se poate amplifica în erori SoC; în plus, histerezisul dintre încărcare și descărcare trebuie gestionat cu atenție).

5) Deoarece, în unele cazuri, sodiul poate fi mai sensibil la extreme (SoC scăzut / SoC ridicat)

Aici este important să fim preciși: nu există “sodiu” ca un comportament unic, deoarece depinde de specificația chimică (catod/anod),
prin proiectarea pachetului și algoritmul BMS. Acestea fiind spuse, unele dovezi experimentale pe celule comerciale arată că
în anumite tehnologii cu ioni de sodiu dependența rezistenței/impedanței de temperatură e SoC
poate fi mai pronunțată decât în celulele LFP și că, în regiunile SoC inferioare, pierderile/ineficiența pot crește.

Din punct de vedere practic, acest lucru înseamnă că aproape de extreme (în special în cazul SoC scăzut și al puterii scăzute sau ridicate):

• tensiunea poate fi mai “sensibilă” la schimbările de sarcină (mai mare cădere de tensiune);
• energia imediat utilizabilă poate fi redusă temporar din motive de tensiune/putere;
• estimatorul SoC poate face corecții mai vizibile deoarece parametrii electrici se modifică mai rapid.

În plus, ca în cazul multor substanțe chimice, zonele apropiate de limite pot include regiuni cu gradienți de tensiune și fenomene diferite
legate de tranzițiile de fază sau de platouri/pante (în funcție de materiale): acest lucru poate face cartografierea tensiune↔SoC mai “neliniară”
și, prin urmare, mai predispuse la recalculări atunci când temperatura și sarcina se modifică.

6) Cum să citiți imaginea pe care o introduceți mai jos (și să înțelegeți dacă este “normală”)

Atunci când vă uitați la un grafic sau la o captură de ecran cu SoC, pentru a interpreta corect orice “salturi”, verificați întotdeauna, de asemenea:

1. Temperatura bateriei (dacă se modifică foarte mult, este normal ca estimarea să fie actualizată);
2. Putere de încărcare/descărcare (vârfurile bruște modifică tensiunea sub sarcină);
3. Fazele de repaus (în repaus, tensiunea se stabilizează și OCV este mai informativ);
4. Zone apropiate de sfârșitul încărcării/descărcării (unde multe sisteme aplică o logică și corecții conservatoare).

7) Când să vă faceți griji cu adevărat

Are sens să cereți o verificare dacă observați:

• fotografii foarte largi și repetate (de exemplu, 20-30%) fără modificări ale temperaturii sau puterii;
• alarme recurente sau limitări bruște frecvente;
• comportament inconsecvent între energia schimbată (kWh) și variația SoC pe perioade lungi.