Um ecrã de bateria pode mostrar 70% SOC enquanto o sistema está configurado para funcionar entre 90% e 20% SOC e a bateria pode descarregar até 0.5C. Os três números descrevem a mesma bateria, mas respondem a perguntas diferentes. Um indica onde está a bateria naquele momento. Outro define quanto da sua faixa de carga o sistema está disposto a utilizar. O terceiro descreve a rapidez com que a carga pode entrar ou sair em relação à capacidade da bateria. Interpretá-los como três versões de “quanta bateria resta” é onde começa a confusão.State of charge, ou SOC, é o ponto de partida porque descreve o nível de carga atual da bateria. O IEEE descreve o SOC como a energia elétrica restante numa célula ou pack, expressa como percentagem da capacidade utilizável nas condições atuais. Na prática, o SOC é estimado, não lido diretamente a partir de uma única medição. Por isso, a percentagem apresentada é uma estimativa de estado, não um segundo nome para a classificação em kWh da bateria. Duas baterias de tamanhos muito diferentes podem estar ambas a 70% SOC. A percentagem posiciona cada bateria relativamente à sua própria referência de capacidade; não significa que qualquer uma contenha 70 kWh. (technav.ieee.org) O SOC também não deve ser confundido com state of health, ou SOH: o SOC descreve o estado de carga atual, enquanto o SOH descreve a capacidade da bateria para armazenar e fornecer energia relativamente a uma referência, como uma bateria nova. (analog.com)
Uma percentagem precisa de uma referência
Depth of discharge, ou DoD, aborda a mesma bateria a partir da direção oposta. A Analog Devices define DoD como a percentagem de capacidade que foi descarregada em relação à capacidade nominal. Numa convenção simplificada em que SOC e DoD usam a mesma referência e são ignorados ajustes de envelhecimento ou eficiência, movem-se em direções opostas: 100% SOC corresponde a 0% DoD, e 20% SOC corresponde a cerca de 80% DoD a partir de carga completa. Essa relação é útil, mas não é motivo para tratar cada alteração de SOC como uma declaração de DoD automaticamente equivalente. A referência continua a importar. (analog.com)
A distinção torna-se prática quando um sistema impõe uma janela de funcionamento. A documentação do System Advisor Model mantida pelo National Laboratory of the Rockies trata o SOC mínimo e máximo como limites de despacho. Um SOC mínimo de 20%, por exemplo, impede o modelo de descarregar abaixo de 20% da capacidade disponível; um SOC máximo define o limite superior de carregamento. Se uma bateria operar entre 90% e 20% SOC, a janela permitida abrange 70 pontos percentuais. Isto descreve a faixa de funcionamento sem assumir que um fabricante ou uma interface de software usa “70% DoD” exatamente da mesma forma. O SAM também observa que os seus limites de SOC são percentagens da capacidade disponível, que pode mudar ao longo do tempo. (samrepo.nlr.gov)
Uma janela de SOC, portanto, não é o mesmo que um cálculo de energia entregue. Uma bateria a 70% SOC está algures dentro da sua faixa de carga permitida, mas esse número por si só não indica quantos quilowatt-hora AC ainda podem chegar a uma carga. Capacidade nominal versus capacidade utilizável e fronteiras de medição DC versus AC são questões separadas. O hábito útil é mais simples: separar o estado atual da bateria dos limites de funcionamento colocados em torno desse estado. O próprio SAM distingue a capacidade nominal da bateria de uma capacidade disponível ou utilizável menor e trata a conversão de potência separadamente quando uma bateria está ligada no lado AC. (samrepo.nlr.gov)
C-rate acrescenta a dimensão em falta: velocidade
O SOC e a janela de funcionamento falam de posição e faixa. C-rate acrescenta velocidade. O SAM define a C-rate de descarga como a corrente de descarga dividida pela capacidade nominal, e também usa C-rate ao nível do banco de baterias como potência dividida pela capacidade energética nominal. A normalização é o que torna o termo útil. Para uma bateria de 100 Ah, 100 A é 1C e 50 A é 0.5C. Os mesmos rótulos podem ser aplicados a uma bateria maior ou menor porque a corrente está a ser expressa relativamente à capacidade própria dessa bateria. (samrepo.nlr.gov)
A regra familiar “1C significa uma hora” vem dessa relação, mas é uma interpretação idealizada e não uma garantia de autonomia. Se uma bateria de 100 Ah pudesse entregar toda a sua capacidade nominal de 100 Ah a uma corrente constante de 100 A, a aritmética daria uma hora; a 50 A, ou 0.5C, daria duas horas. Um sistema real pode começar abaixo de 100% SOC, parar num SOC mínimo, encontrar uma condição de corte ou ter uma capacidade utilizável diferente da classificação nominal. C-rate indica a taxa de carga ou descarga. Não promete durante quanto tempo um sistema completo de armazenamento suportará uma carga. Os próprios exemplos ao nível do sistema do SAM fazem a mesma distinção ao definir C-rate a partir da potência da bateria e da energia nominal, tratando os limites de SOC separadamente. (samrepo.nlr.gov)
Voltemos agora à frase inicial: a bateria está a 70% SOC, opera entre 90% e 20% SOC e pode descarregar até 0.5C. O primeiro número localiza a bateria dentro da sua faixa de carga. O segundo par define os limites dentro dos quais o sistema normalmente pretende operá-la. O DoD descreve quanta capacidade foi descarregada em relação à referência indicada, enquanto a C-rate indica a taxa de descarga relativa à capacidade. Nenhum desses números é uma pontuação de qualidade, e nenhum pode substituir os outros. Em conjunto, descrevem estado, profundidade ou faixa de utilização, e taxa.
Quando uma percentagem ou C-rate aparece numa ficha técnica, num ecrã de controlo ou num artigo técnico, não comece por perguntar se o número é alto ou baixo. Pergunte o que ele descreve e que referência está por trás dele. É o estado atual da bateria, a quantidade de capacidade que foi descarregada, os limites da janela de funcionamento ou a taxa a que a carga se move? Depois de essa pergunta ser respondida, SOC, DoD e C-rate deixam de parecer três peças de jargão e passam a descrever partes diferentes da mesma imagem operacional.
