Estados de las Baterías de un Coche Eléctrico: SOC, SOH y SOP

Las baterías en los coches eléctricos y híbridos son cruciales para el rendimiento y la autonomía del vehículo. Comprender y monitorizar los diferentes estados de una batería es esencial para mantener su eficiencia y prolongar su vida útil. Los tres estados clave a considerar son el SOC, el SOH y el SOP.

Por este motivo, en este artículo nos centraremos en ellos y en determinar cómo se pueden calcular y algunos otros consejos de mantenimiento para tu coche eléctrico.

State of Charge (SOC)

El Estado de Carga (SOC) indica el nivel actual de carga de la batería en relación con su capacidad total. Es decir, el SOC se define como el porcentaje de la capacidad total de la batería que está disponible en un momento dado, y es lo que el vehículo mostrará en su consola para que puedas conocer la autonomía que aún le queda. Además, el ordenador central también hará cálculos en función del consumo actual para determinar los kilómetros que se pueden recorrer.

Por tanto, el SOC es crucial para la gestión de la energía del vehículo. Un cálculo SOC adecuado garantiza que el coche tenga suficiente energía para funcionar correctamente, gestionando la energía como debe e indicando al conductor cuánto le queda. Para eso, los métodos más comunes para determinar el SOC incluyen la integración de corriente (coulomb counting), la estimación por modelado electroquímico y técnicas basadas en la impedancia de la batería.

State of Health (SOH)

El Estado de Salud (SOH) mide la capacidad de la batería para retener y entregar energía en comparación con cuando era nueva. Este otro parámetro se expresa como un porcentaje y refleja la capacidad restante de la batería en comparación con su capacidad nominal inicial.

Como puedes imaginar, el SOH proporciona una indicación de la degradación de la batería a lo largo del tiempo y es fundamental para la planificación de reemplazos y el mantenimiento preventivo. Para ello, la medición del SOH puede involucrar pruebas de capacidad, pruebas de resistencia interna y análisis de datos de uso histórico de la batería.

State of Power (SOP)

El Estado de Potencia (SOP) mide la capacidad de la batería para entregar una corriente específica de manera sostenida. Por tanto, indica la potencia máxima que la batería puede entregar sin sufrir una degradación significativa o riesgos de seguridad.

Este parámetro, al igual que el SOC y el SOH, es muy importante, en este caso es crucial para aplicaciones de alto rendimiento, como aceleraciones rápidas y el uso de sistemas auxiliares de alta demanda. La centralita del coche evaluará este factor mediante pruebas de descarga de alta corriente y modelado de la respuesta dinámica de la batería bajo diferentes condiciones de carga.

Cálculos y fórmulas

Para poder calcular estos parámetros de las baterías en los nuevos coches eléctricos, podemos hacerlo de estas formas:

• Estado de Carga (SOC): se calcula comúnmente utilizando la integración de corriente (coulomb counting):

SOC(t) = SOC(t-1) + (It / Cn) x 100

Donde SOC(t) es el Estado de Carga en el tiempo t o inicial, mientras que el SOC(t-1) es Estado de Carga en el tiempo t-1 o en un instante dado. Por otro lado, It es la corriente en el tiempo t, y Cn es la capacidad nominal de la batería del coche.

• Estado de Salud (SOH): en este otro caso se calcula comparando la capacidad actual con la capacidad nominal inicial de la batería:

SOH (%) = (Capacidad actual / Capacidad nominal inicial) x 100

A partir de SOC1 y SOC0, podemos inferir la degradación, siendo Capacidad inicial (SOC0) y Capacidad actual (SOC1).

SOH (%) = (SOC1 / SOC0) x 100

• Estado de Potencia (SOP): se mide la capacidad de la batería para entregar potencia de manera sostenida:

SOP = V(t) x I(t)

Donde V(t) es el Voltaje en el tiempo t, e I(t) es la Corriente en el tiempo t. Como puedes ver, seguro que te recuerda a la fórmula de otros sistemas eléctricos como P = V · I, para calcular la potencia en vatios (W), y es que es precisamente una adaptación de esa misma fórmula para un instante dado de la batería del vehículo.

También puede involucrar consideraciones de resistencia interna y pérdida de energía:

SOP = Pmax – Ploss

Donde Pmax es la Potencia máxima, y Ploss indica la Pérdida de potencia debido a la resistencia interna y otros factores.

Factores que afectan los estados de la batería del coche eléctrico

Existen diversos factores que influyen en estos parámetros de las baterías de los coches eléctricos, como por ejemplo:

• Temperatura: las temperaturas extremas pueden afectar negativamente el SOC, SOH y SOP de una batería. El calor excesivo puede acelerar la degradación, mientras que el frío extremo puede reducir temporalmente la capacidad disponible.
• Ciclos de Carga/Descarga: cada ciclo de carga y descarga contribuye al desgaste de la batería, afectando su SOH a lo largo del tiempo.
• Corriente de carga: la velocidad de carga y descarga también juega un papel crucial. Cargas rápidas pueden generar calor adicional y estrés en la batería, impactando negativamente su SOH y SOP. Por tanto, aunque parezcan más prácticas, se deben evitar las cargas rápidas, al igual que se deben evitar en otros dispositivos con batería de litio, como los móviles, portátiles, etc., ya que las tecnologías de baterías de los vehículos se asemejan mucho y comparten un mantenimiento que es igual.

Deep of Discharge (DoD)

Por último, la Profundidad de Descarga (DoD) se refiere al porcentaje de la capacidad total de la batería que ha sido utilizada. Es una métrica inversa al SOC, y juntos proporcionan una visión completa del estado de la batería. Por eso, las ECUs de los vehículos eléctricos no solo tienen en cuenta los anteriores factores, también otros como este otro.

En cuanto al cálculo en este caso, podemos tenerlo usando la siguiente fórmula:

DoD (%) = (Capacidad descargada / Capacidad total) x 100

Por ejemplo, si una batería de 100 Ah (amperios-hora) ha entregado 30 Ah, la DoD es del 30%.

La DoD es importante para entender el desgaste y la vida útil de la batería. Ciclos de descarga profunda pueden acelerar la degradación de la batería. Un DoD elevado puede reducir la vida de la batería, y un DoD bajo contribuye a una mayor longevidad de la batería. Por tanto, se deben buscar siempre que sea posible DoD bajos. Algunos fabricantes incluso recomiendan que la batería esté siempre entre 40% y el 80% de carga, porque parece que los extremos mantenidos de forma constante podrían ser más dañinos.

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