Tensione/%SOC batteria LFP ed altro

Piuttosto che andare sempre OT su altri topic e leggendo che c'è sempre un po' di confusione quando si parla di scarica o percentuale di scarica delle litio o ioni di litio sui VR (LFP alias LiFePO4) vediamo se si riesce a chiarire qualcosa tra quanto dice "un" produttore di celle, l'assemblatore della batteria ed eventualmente la garanzia (se indica ulteriori dettagli).

Prima di portare un esempio è opportuno fare un'introduzione riguardo range di tensione che accomuna le LFP. Una cella è definita completamente scarica, 0%, appena la tensione scende a 2,5 V (o 2 V se la temperatura è < 0°C); mentre è definita completamente carica, 100%, non appena raggiunge i 3,65 V con corrente di carica "standard" (valore che varia da cella a cella). Ovviamente a circuito aperto, dopo almeno 30-60 minuti di riposo, la tensione (OCV, Open Circuit Voltage) scende attorno ai 3,4 V quando è carica. 
Di seguito la curva di tensione OCV (temperatura ambiente tra 20 e 25°C) di una cella prismatica LFP non compressa rilevata da uno studio svolto al Politecnico di Torino nel 2021 e la tabella dove ho cercato, con approssimazione, di ricavare i valori di tensione; sull'asse X abbiamo la profondità di scarica (DOD, Depth Of Discharge) su base unitaria (basta moltiplicare x100 da avere la percentuale), mentre sull'asse Y c'è la tensione a circuito aperto. Sostanzialmente a noi interessa la linea tratteggiata gialla (come da legenda, valori ricavati con corrente di scarica C20 ovvero bassa per una LFP) e quella con linea blu che è quella data la produttore della cella.

Sul BMS, se si può e se si vuole, si possono cambiare i parametri di tensione dove il BMS indica 100% e 0% (in alcuni casi anche a step di 10) così da limitare la profondità di scarica, esempio farla lavorare nel range 10-90% (80%DOD) oppure 10-80% (70%DOD) etc etc. 
Riducendo la profondità di scarica si allunga la vita della cella/batteria specie usandola a SOC intermedi e viceversa.
N.B.: Nessuno vieta di poter scaricare la batteria al 100%... Però consapevoli che la vita della stessa sarà inferiore. Unica nota è che se viene scaricata a 0% va caricata appena si può (meglio entro un paio d'ore, temperatura permettendo); stesse identiche indicazioni che si hanno sulle auto elettriche.
2° N.B.: La temperatura incide sensibilmente sulla tensione come feci già presente in alcuni topic poichè la mobilità degli elettroni dentro la cella cambia. Esempio a circa 50%SOC:
a 25°C si è attorno ai 13,2 V
a 0°C attorno ai 13,05 V
a -20°C attorno ai 12,9 V.
Questo per dire che si possono prendere abbagli sul %SOC senza considerare la temperatura perciò, tranne casi dove la batteria rimane spesso dentro un certo range "ristretto" di temperatura, i valori di tensione vanno sempre "pesati" e non presi per oro colato come quelli che si vedono da tabelle (es. quella appena sopra).


Prendiamo esempio, le oramai note, celle LFP da 314 Ah di EVE cod. MB31 (possono essere anche di Gotion, Rept, CATL etc)...
Da scheda tecnica di EVE sappiamo che vengono dichiarate per 8.000 cicli usandole, ogni ciclo, nel range 2,5-3,65 V con una determinata corrente standard uguale sia in carica che scarica, cioè 157 A; dopo ogni carica e scarica un tempo di "pausa" di 30 minuti; temperatura 25°C e compressione di 300 kgf quando è tra il 15 e 40% di carica (range tensione indicativa a vuoto a 25°C circa 3,23-3,29 V). Dopo 8.000 cicli la capacità residua scende al 70% (SOH, State Of Health).
Notare che la carica viene interrotta appena raggiunge 3,65 V con corrente di 157 A... Però, come capita sui camper, la corrente di fine carica è notevolmente inferiore quindi la cella viene caricata "a tappo" e questo fa sì che esempio una 314 Ah possa essere anche 335-340 Ah effettivi quindi oltre il nominale.
Un assemblatore di batteria economica abbreviato "W...C..." il modello da 314 Ah la dichiara 5.000 cicli al 90%DOD con corrente di carica pari a 0,2C (62,8 A) e scarica 0,5C (157 A), da ulteriore scheda tecnica presumo con capacità residua del 70% (70%SOH). Dichiarano altri dati come:
- 6000 cicli all'80%DOD con 60%SOH a 1C
- 15.000 cicli al 60%DOD con 60%SOH a 1C
Di seguito il grafico

La garanzia, di 5+2 anni, tra le varie voci parla di non superare l'80% di profondità di scarica nell'arco delle 24h; non cita riduzioni sui cicli in base alla profondità di scarica o temperatura ambiente alla quale la batteria è sottoposta.
Gli assemblatori di batterie quasi sempre non comprimono le celle e sovente non usano barre di connessione flessibili, questo fa sì che i cicli dichiarati dal produttore della cella sono inarrivabili.

Passando ad un caso di batteria da fotovoltaico residenziale da 16 kWh cioè 314 Ah a 51,2 V (prezzo quasi 2.400 € oltretutto certificata CEI 0-21), non compressa, l'assemblatore dichiara e lo esplicita ancor meglio in garanzia in merito alla durata cicli/restrizioni:
"Garantiamo le prestazioni per un periodo di 10 anni o per cicli correlati alla DOD (profondità di scarica) (a seconda di quale viene prima), soggetti ai seguenti parametri/condizioni operativi:
DOD 50% 6000 cicli / DOD 80% 3500 cicli nella temperatura da 18°C a 35°C. Riduzione della garanzia se utilizzato tra:
1. 10°C a 18°C o 35°C a 40°C riduzione del 25%;
2. 0°C a 18°C o 40°C a 50°C riduzione del 50%;
3. -20°C a 0°C o 50°C a 60°C riduzione del 75%;
4. Sotto 0°C non è consentita la ricarica. Solo scarica!
5. Non è consentita l'esposizione a -20°C o oltre 60°C!
La capacità della batteria si degraderà fino al 70% circa alla scadenza della garanzia"
Questo fa capire che i numeri indicati di xxxx cicli possono essere veritieri ma solo in certe condizioni, quindi non necessariamente mendaci... In buona sostanza, come sempre, vanno ponderati.