Cálculo del estado de carga de baterías: diseño y validación experimental

Abstract

Actualmente, con la popularización de los sistemas de generación renovable, el almacenamiento estacionario se está convirtiendo en una herramienta necesaria y las baterías electroquímicas son una tecnología adecuada para estas aplicaciones. Al mismo tiempo, crece la necesidad de evaluar su comportamiento bajo diferentes condiciones de trabajo dentro del amplio abanico de sus posibilidades. Para una gestión eficiente, es de gran importancia modelar las características de la batería para predecir su comportamiento ante carga y descarga, permitiendo optimizar el diseño tanto de los elementos de la batería, como los diferentes elementos del sistema. En el funcionamiento de la batería se definen dos parámetros básicos: Estado de carga (SOC) y estado de salud (SOH), y hacen referencia a la carga disponible en la batería (en %) y a su envejecimiento. En el presente trabajo fin de grado se ha caracterizado un algoritmo de estimación del SOC para un banco de baterías de plomo-ácido situado en la microrred de la Universidad Pública de Navarra. Para ello, se ha realizado un modelo simplificado para el banco de baterías de plomo-ácido y se ha diseñado un método de estimación que permita conocer su estado de carga con más exactitud que los métodos actuales, con el objetivo de mejorar la gestión energética de la microrred. De la microrred únicamente se dispone información de la corriente y la tensión en bornes de la batería del año 2012. Por lo que tras el caracterizado del algoritmo, se ha implementado el algoritmo en la microrred para evaluar su funcionamiento en tiempo real y la evolución del SOH.

Nowadays, due to the popularization of renewable generation systems, the stationary storage is becoming a necessary tool and electrochemical batteries are a suitable technology for these applications. At the same time, the need to evaluate its behavior under different working conditions among the wide range of their possibilities is growing too. For efficient management, it is essential to model the characteristics of the battery in order to predict its behavior on charge and discharge, allowing the optimization of the design for battery elements, as well as different elements of the system. In battery functioning, two basic parameters are defined: State of charge (SOC) and state of health (SOH), which are refer to the available battery power (in %) and aging. In this final project a SOC estimation algorithm has been characterized for a lead-acid battery bank located in the microgrid of the Public University of Navarre. For this purpose a simplified bank lead-acid model has been conducted and an estimation method that allows to know the SOC more accurately than the available methods has been designed, with the aim of improving the energy management of the microgrid. The only information available for the microgrid is that of the current and the terminal voltage from 2012’s battery. So, after the algorithm has been characterized, it has been implemented in the microgrid in order to evaluate its performance in real time, as well as the development of the SOH.