Com a proliferação global de veículos eléctricos (EV) e sistemas de armazenamento de energia (ESS), a procura de baterias de iões de lítio está a expandir-se rapidamente. Os principais fabricantes de nível 1 na indústria de baterias estão começando a explorar o uso da medição EIS (Espectroscopia de Impedância Eletroquímica) ¹ para inspeção de resistência interna ².

Prosseguir uma mudança de paradigma provocada por novos métodos de medição, ou prosseguir a melhoria dos métodos de medição atuais – esta é a escolha que os fabricantes que se esforçam para produzir baterias de iões de lítio de alta capacidade poderão ser forçados a fazer num futuro próximo.
 

• 1 Medição EIS (Espectroscopia de Impedância Eletroquímica): Um método para analisar as características eletroquímicas dentro de uma bateria. Ele mede a impedância (resistência CA) aplicando uma tensão CA à bateria enquanto varia a frequência.
• 2 Resistência interna: Um dos indicadores importantes do estado da bateria. Representa a dificuldade de fluxo de corrente dentro da própria bateria. É comumente medido em linhas de produção de baterias usando um testador de bateria que aplica um sinal CA de 1 kHz.

Fundo

Para garantir a utilização sustentável de recursos limitados, a realização de uma economia circular de baterias ³ tornou-se uma questão urgente no mercado de baterias. Isto seria feito através da promoção da reutilização e reciclagem de baterias. Para uma reciclagem eficiente da bateria, é importante ter registo e gestão de dados detalhados ao longo de todo o ciclo de vida da bateria, desde a produção até à eliminação. A UE está a tentar fazê-lo através da adoção do seu Passaporte de Bateria ⁴. Através deste programa, planeiam aumentar a transparência, a circularidade e a sustentabilidade na cadeia de valor das baterias. Espera-se que o passaporte, tal como outras ações globais para promover a economia circular das baterias, crie novo valor, como o aumento da eficiência da reciclagem e a melhoria da avaliação do valor das baterias usadas através da utilização de dados registados.

• 3 Economia Circular de Baterias: Um modelo económico que visa minimizar o impacto ambiental das baterias e, ao mesmo tempo, maximizar o valor económico. A utilização e circulação eficiente de recursos são necessárias em cada etapa da produção, uso, reutilização e reciclagem das baterias.
• 4 Battery Passport: Um sistema que garante a rastreabilidade dos dados durante todo o ciclo de vida da bateria, registrando digitalmente informações sobre fabricação, uso e reciclagem da bateria.

Além disso, os desenvolvedores têm aumentado a capacidade das baterias grandes com o objetivo de ampliar a autonomia dos veículos elétricos e criar ESSs que possam armazenar mais energia. Isto resulta em novas baterias instaladas em VEs e ESSs de alto desempenho que sofrem mudanças significativas em tamanho e estrutura interna. À medida que a capacidade da bateria aumenta, a resistência interna diminui. Uma consequência deste recente aumento dramático na capacidade da bateria é que a resistência interna extremamente baixa tornou-se difícil de medir com precisão. Além disso, existem outros fatores relacionados às mudanças significativas no tamanho e na estrutura interna que afetam a medição. O mais significativo desses novos desafios é que a resistência interna não pode ser avaliada com precisão usando o testador de bateria padrão de 1 kHz.

Os principais fabricantes de nível 1 do setor de baterias estão começando a explorar métodos de inspeção de resistência interna de próxima geração. Novas soluções que permitam a realização de uma economia circular são necessárias para medição de resistência interna de baterias com novas estruturas ou altas capacidades.

Medidor de impedância de bateria BT4560 e testador de bateria BT6075

Obtenção de dados detalhados por meio de medição EIS

Para introduzir passaportes de bateria, os fabricantes de baterias estão explorando métodos para obter e gerenciar dados detalhados de produção. A medição da resistência interna EIS é um desses métodos que atrai a atenção. A medição usando múltiplas frequências em uma ampla faixa de frequência permite análise detalhada e registro do estado interno das células da bateria. O medidor de impedância de bateria BT4560 da Hioki é perfeito para esse tipo de medição. Ele pode realizar medições EIS na faixa de frequência de 0,01 Hz a 1,05 kHz. Hoje, o BT4560 está ganhando atenção não apenas para fins de pesquisa e desenvolvimento, mas também como dispositivo de inspeção em linhas de produção.

Medir baterias de íons de lítio em múltiplas frequências (EIS) traz muitos benefícios. Por exemplo, a medição da resistência interna a 0,01 Hz é tão próxima da CC (ou seja, 0 Hz, o estado real das baterias em funcionamento), que fornece informações sobre a condição em que as células da bateria realmente operam. Além disso, em células de bateria de alta capacidade, às vezes a medição da resistência interna em 100 Hz é mais precisa do que no tradicional 1 kHz. Isso ocorre porque a medição de 100 Hz é menos afetada pelos componentes de indutância em comparação com a medição de 1 kHz. Ter múltiplas frequências de medição proporciona flexibilidade para responder a mudanças drásticas em novos designs de baterias. Além disso, a acumulação de dados de medição em múltiplas frequências irá esclarecer as diferenças entre as baterias em desenvolvimento e as antigas. Estes são apenas alguns exemplos de como os fabricantes Tier-1 estão achando que a medição EIS é mais adequada para as baterias mais recentes.
 

Medição de alta precisão para baterias de alta capacidade

A miniaturização dos valores de resistência interna resultante do aumento da capacidade das baterias está aumentando os casos de precisão de medição e problemas de reprodutibilidade. O testador de bateria BT6075 possui o mais alto nível de desempenho do mundo em precisão, estabilidade e velocidade de medição na categoria de testadores de bateria de 1 kHz. É um modelo através do qual Hioki buscou o limite de desempenho para usuários que buscam avanços adicionais na medição de resistência interna usando o método convencional.

A indústria de baterias está agora num grande ponto de viragem, ou mudança de paradigma. Eles enfrentam a decisão de buscar novos métodos de medição para responder às mudanças em grandes projetos de íons de lítio ou de se esforçar para aprimorar os métodos de medição convencionais. Hioki aborda isso com duas soluções: o BT4560, que permite a medição EIS, e o BT6075, que leva os métodos convencionais ao limite. Hioki apoia fortemente a realização de uma economia circular de baterias e o desenvolvimento de baterias de próxima geração.
 

Características do medidor de impedância de bateria BT4560

Um medidor de impedância de bateria capaz de medir a resistência interna de vários tipos de baterias em uma ampla faixa de frequência. O limite inferior da frequência de medição foi expandido neste modelo mais recente (BT4560-50) de 0,1 Hz para 0,01 Hz.

• Frequência de medição: 0,01 Hz a 1,05 kHz
• Tensão máxima de entrada: 5 V
• Faixa de medição de resistência: 3 mΩ, 10 mΩ, 100 mΩ
• Resolução mínima: 0,1 μΩ (faixa de 3 mΩ, faixa de 10 mΩ)

Link: Medidor de Impedância de Bateria BT4560

Recursos do testador de bateria BT6075

Permite medição de resistência interna estável, de alta precisão e alta velocidade de baterias a uma frequência de medição de 1 kHz. Modelo de primeira classe de testadores de bateria tradicionais.

• Frequência de medição: 1 kHz
• Tensão máxima de entrada: 100 V
• Faixa de medição de resistência: 3 mΩ, 30 mΩ, 300 mΩ, 3 Ω, 30 Ω
• Resolução: 0,01 μΩ (faixa de 3 mΩ)

Link: Testador de bateria BT6075

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Redação