Handbook of Photovoltaic Science and Engineering

Figure 18.24
Number of cycles and overall charge transfer (capacity throughput) in units of the
rated capacity during the battery lifetime as a function of the depth of discharge during cycling.
Data from data sheets from battery manufacturers
Table 18.5
Typical end-of-
discharge voltages up to which
100% of the
C
10
capacity has
been discharged from the bat-
tery at different discharge cur-
rents at room temperature
I
discharge
U
[V/cell]
1
.
0
×
I
10
1.80 – 1.85
0
.
5
×
I
10
1.85 – 1.90
0
.
2
×
I
10
1.90 – 1.95
0
.
1
×
I
10
1.95 – 2.00
control the maximum DOD by the voltage. The drawback of this method is that the
discharged capacity up to a certain voltage limit depends very much on the discharge
current. Table 18.5 shows typical end-of-discharge voltages up to which 100% of the
C
10
capacity has been discharged from the battery. This shows the problem of an efficient
DOD control. If the maximum DOD is assured by a high voltage limit even at small
currents (e.g. 1.95 V/cell), the available capacity at higher currents is very limited [27].
Figure 18.25 shows a more pronounced version of the problem. A given voltage limit
might be appropriate for one battery type, but for another with the same technology (flat
plates, lead acid and flooded electrolyte) the discharge curve looks quite different and the
same voltage limit results in significant differences in the maximum DOD with respect to
the minimum SOC defined to protect the battery as shown in the figure. The difference

---

BATTERY SYSTEMS WITH EXTERNAL STORAGE
849
−
0.2
−
0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
State of charge normalised to measured 
C
20
-capacity
10.8
11.0
11.2
11.4
11.6
11.8
12.0
12.2
12.4
12.6
12.8
13.0
Battery v
oltage
[V]
Discharge current 0.7 A 
=
0.1 
×
I
10
Recommended minimum
state of charge 40%
Figure 18.25
Discharge curves of six batteries rated for the same capacity, with the same tech-
nology (flat plate, flooded lead acid and all batteries new). The voltage is shown as a function
of the state of charge of the batteries. The state of charge is calculated on the basis of the dis-
charge ampere-hour and the nominal (not measured) capacity. Capacity tests were performed with
0
.
1
×
I
10
. The voltage is given for a 12-V block battery made from 6 cells connected in series (a
typical design as used for SLI batteries for cars)
in SOC for the same voltage limit could be as high as 25%. Taking into account different
battery technologies, the differences in SOC are even higher. In autonomous power supply
systems, low and high currents occur (Figure 18.5, [9]).
Two solutions for the problem are available. One is a current-compensated end-
of-discharge voltage threshold and the other is the use of state-of-charge determination.
The latter solution is the most appropriate for autonomous power supply systems. There
are various methods for state-of-charge determination in lead acid batteries, which are
appropriate for autonomous power supply systems [26].