Lo stato di carica (SOC) è una misura della quantità di energia disponibile in una batteria in un momento specifico espresso in percentuale. Ad esempio, la lettura SOC per un computer potrebbe essere piena al 95% o piena al 10%. Il SOC fornisce all'utente informazioni sulla durata della batteria prima di dover essere caricata o sostituita. Comprendere lo stato di carica è importante perché comprendere la capacità residua di un battitore può aiutare a fare una strategia di controllo.
In sostanza, il SOC si comporta come un indicatore del livello del carburante in un'auto. Informa gli utenti di quanto tempo ancora possono utilizzare il dispositivo o la macchina prima che esaurisca l'energia e non possa più funzionare. In effetti, i lettori SOC hanno sostituito l'indicatore del carburante nelle auto elettriche. L'elettronica con batterie utilizza vari metodi per misurare il SOC, come misurare la tensione, la gravità specifica, l'impedenza interna e il conteggio dei coulomb. I progressi compiuti con l'intelligenza artificiale (AI) hanno anche creato nuovi modi per stimare lo stato di carica.
La profondità di scarica (DOD) è l'opposto di SOC. Questo termine strettamente correlato si riferisce alla misurazione della quantità di carica che è stata utilizzata nella batteria.
Metodi per determinare lo stato di carica
Come accennato in precedenza, i metodi principali per il calcolo dello stato di carica sono: misurare la tensione, la gravità specifica o l'impedenza interna e il conteggio dei coulomb. Questi metodi dipendono dai livelli di misurazione che cambiano quando la batteria viene caricata o scaricata.
Nel metodo della tensione, maggiore è la tensione, più piena è la batteria. Un alto voltaggio indica che l'energia nella batteria è sotto pressione e, quindi, che la batteria è piena. Una tensione inferiore indica una pressione inferiore a causa dello spazio in eccesso all'interno della batteria.
Misurare lo SOC con la tensione è semplice, ma può produrre risultati imprecisi poiché la temperatura ei materiali delle celle influenzano la tensione. Per produrre una lettura accurata con il metodo della tensione, le batterie devono prima rimanere in uno stato di circuito aperto per almeno quattro ore, ma la maggior parte dei produttori di batterie consiglia di lasciarle riposare per 24 ore. Pertanto, il metodo della tensione non è adatto per misurare batterie che vengono utilizzate attivamente e continuamente.
L'utilizzo della gravità specifica per determinare il SOC comporta l'utilizzo di un idrometro per misurare la densità relativa dei liquidi in base alla galleggiabilità. L'idrometro tiene traccia delle variazioni di peso delle sostanze chimiche attive all'interno della batteria mentre si scarica. Man mano che si utilizza una batteria, la quantità di acido solforico - un elettrolita attivo - diminuisce, diminuendo così proporzionalmente il peso specifico della batteria.
Alcune moderne batterie al piombo-acido incorporano sensori elettronici, invece di utilizzare idrometri, che producono letture in tempo reale delle misurazioni del peso specifico e forniscono uno stato di carica abbastanza accurato. Uno dei principali svantaggi dell'utilizzo delle misurazioni del peso specifico per determinare il SOC è che il metodo può essere utilizzato solo con batterie al piombo poiché non sarà efficace con altre sostanze chimiche per batterie.
Poiché le sostanze chimiche attive all'interno della batteria cambiano la composizione durante la conversione da una forma all'altra durante i processi di carica e scarica, è possibile utilizzare l'impedenza interna per misurare lo stato di carica. Misurare l'impedenza interna significa misurare la quantità di opposizione presentata da un circuito a una corrente ogni volta che viene applicata la tensione. Questo metodo non è una scelta comune per determinare il SOC perché l'impedenza dipende dalla temperatura ed è difficile da misurare con le celle attive.
Infine, il conteggio dei coulomb può essere utilizzato per determinare lo stato di carica misurando la corrente che scorre dentro e fuori la batteria. Ampere-secondo (As) è l'unità di misura utilizzata sia per la carica che per la scarica. Alcuni dispositivi elettronici incorporano un minuscolo contatore coulomb che misura la corrente utilizzata dal dispositivo host, la somma nel tempo e quindi confronta questa metrica con la capacità della batteria programmata per determinare il SOC. Tuttavia, questo metodo non considera l'efficienza della batteria ed è costoso e difficile trovare misurazioni di corrente accurate.
Esempi di metodi per la determinazione dello stato di carica
Sebbene il metodo della tensione produca imprecisioni, è il metodo più comunemente utilizzato per produrre misurazioni dello stato di carica grazie alla sua semplicità. Viene spesso utilizzato su golf car, sedie a rotelle e scooter.
I dispositivi portatili professionali, come laptop e apparecchiature mediche, spesso si affidano al metodo di conteggio coulomb per produrre misurazioni SOC.
Il metodo dell'impedenza interna trova applicazioni nella produzione automobilistica. Durante il test e il debug, alcune batterie si scaricano più a lungo di altre e richiedono la ricarica prima del trasporto. La misurazione dell'impedenza interna viene utilizzata anche dai sistemi di livellamento del carico che richiedono che una batteria sia continuamente sotto carica o scarica.