La resistencia interna es un parámetro clave que determina la capacidad de potencia, la eficiencia energética y la generación de calor de las baterías de iones de litio.
También es un importante indicador del estado de salud (SoH, por sus siglas en inglés) de las baterías, que afecta a la aceleración, la carga rápida y el sistema de refrigeración de los vehículos eléctricos (EV, por sus siglas en inglés).
Además, para evitar el abuso de la batería y mejorar su seguridad y vida útil, el sistema de gestión de la batería (BMS, por sus siglas en inglés) necesita establecer un modelo de resistencia interna para gestionar con precisión la capacidad de potencia.
Por lo tanto, la investigación sobre la resistencia interna y la capacidad de potencia desempeña un papel importante en el desarrollo de celdas de batería de próxima generación y en la optimización de los sistemas de baterías.
Sin embargo, se ha convertido en una tendencia entre fabricantes adoptar diseños de resistencia interna de CD ultra baja y ampliar las celdas individuales como medio para mejorar la densidad de potencia de vehículos eléctricos, los equipos estándares son cada vez más incapaces de suministrar la corriente de prueba necesaria de miles de amperios, lo que suele dejar a los ingenieros de pruebas con una opción limitada de equipos costosos.
En la actualidad, la tecnología de medición de resistencia interna de las baterías se divide principalmente en dos tipos: 1) La resistencia de CD se determina principalmente mediante el uso de pulsos de corriente (paso) para medir la diferencia de potencial, que luego se utiliza para calcular el valor de la resistencia interna; 2) La resistencia de CA se determina con la espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS, por sus siglas en inglés) utilizando tecnología del espectro de perturbación.
Debido a las complejas propiedades electroquímicas de la batería, la resistencia de CD no puede compararse directamente con la impedancia de CA. Las dos técnicas de medición son complementarias debido a la diferencia en los dominios temporales de los análisis, y se seleccionan sobre todo en función de las condiciones de aplicación.
En términos de diseño de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía, la corriente de pulso se utiliza frecuentemente para probar la resistencia interna de CD.
Además del corto tiempo de prueba, investigaciones ha demostrado que la amplitud de la corriente también afecta a la resistencia interna de la batería [1], y que la prueba de pulsos de alta corriente se aproxima más a las aplicaciones de carga reales. Los métodos estándar internacionales para la prueba de corriente de pulso son el método de escalón de corriente VDA [2] y la prueba de caracterización de potencia de pulso híbrido (HPPC) [3] [4], con anchos de pulso entre 100mS-30S.
Las caídas de voltaje se ven afectadas por varios fenómenos relacionados con la resistencia interna, en función de sus respectivas escalas de tiempo de medición: resistencia óhmica de la caída de voltaje transitoria, la capacitancia equivalente y la resistencia de transferencia de carga eléctrica de la interfaz durante los primeros segundos de la caída de voltaje y la resistencia de polarización de respuesta más lenta debido a la difusión de iones (Figura 1). La resistencia total se calcula a partir de los resultados de la prueba de pulso.
Hay que tener en cuenta que una mayor amplitud de pulso puede modificar el estado de carga (SOC, por sus siglas en inglés) y provocar caídas de voltaje adicionales que provoquen desviaciones en la medición de la resistencia interna. Por el contrario, una amplitud de pulso demasiado pequeña provocará un aumento significativo de la incertidumbre de medición. El error de medición también puede ser causado por errores de medición de corriente/voltaje y errores de control de temperatura.
(Figura 1) La relación entre el cambio de voltaje de la prueba de pulsos VDA y el circuito equivalente de la resistencia interna de la batería
Durante las pruebas de caracterización de potencia de pulso híbrido (HPPC, por sus siglas en inglés) de la USABC (United States Advanced Battery Consortium por sus siglas en inglés), la resistencia interna y las características de potencia de la batería se calculan sometiendo las celdas de la batería a 10~30S de pulso máximo de descarga y 10S de pulso de carga máximo bajo diferentes al estado de carga (SOCs, por sus siglas en inglés) con el objetivo de medir el cambio de potencial eléctrico. Por este principio, si una celda de batería de litio 60Ah necesitaba tener su corriente de trabajo de pulso (tasa de 10C) probada 10 veces, solía ser necesario comprar equipos de carga y descarga de 600A. Sin embargo esto ya no es necesario, porque ahora Chroma ofrece una solución de prueba de corriente de pulso del 200%.
La capacidad de corriente de un solo canal del modelo 17010H de Chroma es de 300A, que puede amplificarse con el Modo Super para dar salida a una corriente del 200% (600A) en 30 segundos, especialmente adecuada para las pruebas de rendimiento de la corriente de pulso. El nuevo diseño se centra en las aplicaciones de batería y optimiza el modo de salida de energía, lo que lleva a una reducción del 50% de la huella y una reducción del 30% en el precio (Figura 1).
La clave de la capacidad de alta corriente de pulso diseñada por Chroma es el control de temperatura del circuito de potencia. En primer lugar, la arquitectura de recuperación de energía de alta eficiencia de conversión del modelo 17010H reduce en gran medida el calentamiento de los componentes durante la carga y la descarga. En segundo lugar, aumenta la corriente de funcionamiento al optimizar la integración del módulo de potencia y la selección de componentes. Por último, se aplica el diseño del flujo de calor para lograr el control de la temperatura. En cuanto a la medición, una estructura distribuida de transformadores de corriente de alta precisión que garantiza la precisión de la corriente se complementa con una disposición de circuitos de área fría y caliente para reducir la deriva de temperatura, formando en conjunto un sistema integrado de prueba de baterías que logra una salida de corriente de pulso del 200%.
(Figura 2) El beneficio del modo de corriente de pulso del 200%
Las principales ventajas del modelo Chroma17010H:
- La alta reproducibilidad de las mediciones ayuda a los probadores a ahorrar un tiempo considerable en el juicio de tendencia y el análisis de las características.
- Las capacidades de cruce cero y de respuesta rápida a la corriente proporcionan resultados de pruebas que se corresponden estrechamente con las aplicaciones reales.
- El diseño de rango de corriente múltiple mejora la precisión de las corrientes pequeñas, con un rango de corriente mínimo de 1:10 y rangos adecuados para las pruebas de rendimiento de tasas altas y bajas.
- La eficiencia de reciclaje de la energía de descarga del 75% no sólo ahorra energía de funcionamiento y disminuye el calor residual del aire acondicionado, sino que también reduce los requisitos de distribución de energía del laboratorio.
- Nivel independiente 2 V. La función de protección refuerza la seguridad de las pruebas de alta corriente.
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Ver sistemas test de baterías https://instrumentosdemedida.es/sistemas-regenerativos-de-pruebas-de-paquetes-de-baterias/
