Con la proliferación global de vehículos eléctricos (EV) y sistemas de almacenamiento de energía (ESS), la demanda de baterías de iones de litio se está expandiendo rápidamente. Los principales fabricantes de nivel 1 en la industria de baterías están comenzando a explorar el uso de la medición EIS (espectroscopia de impedancia electroquímica) ¹ para la inspección de la resistencia interna ².

Buscar un cambio de paradigma provocado por nuevos métodos de medición o mejorar los métodos de medición actuales: esta es la elección que los fabricantes que se esfuerzan por producir baterías de iones de litio de alta capacidad pueden verse obligados a tomar en un futuro cercano.
 

• 1 Medición EIS (espectroscopia de impedancia electroquímica): método para analizar las características electroquímicas dentro de una batería. Mide la impedancia (resistencia de CA) aplicando un voltaje de CA a la batería mientras varía la frecuencia.
• 2 Resistencia interna: Uno de los indicadores importantes del estado de la batería. Representa la dificultad del flujo de corriente dentro de la propia batería. Comúnmente se mide en líneas de producción de baterías utilizando un probador de baterías que aplica una señal de CA de 1 kHz.

Transfondo

Para garantizar el uso sostenible de recursos limitados, lograr una economía circular de baterías ³ se ha convertido en una cuestión urgente en el mercado de las baterías. Esto se haría mediante la promoción de la reutilización y el reciclaje de baterías. Para un reciclaje eficiente de las baterías, es importante contar con un registro y una gestión de datos detallados durante todo el ciclo de vida de la batería, desde la producción hasta la eliminación. La UE está intentando lograrlo mediante la adopción de su Pasaporte de batería ⁴. A través de este programa, planean aumentar la transparencia, la circularidad y la sostenibilidad en la cadena de valor de las baterías. Se espera que el pasaporte, al igual que otras acciones globales para promover la economía circular de las baterías, cree nuevo valor, como aumentar la eficiencia del reciclaje y mejorar la evaluación del valor de las baterías usadas mediante el uso de datos registrados.

• 3 Economía circular de baterías: Un modelo económico que tiene como objetivo minimizar el impacto ambiental de las baterías mientras maximiza el valor económico. Se requiere una utilización y circulación eficiente de los recursos en cada etapa de la producción, uso, reutilización y reciclaje de las baterías.
• 4 Battery Passport: un sistema que garantiza la trazabilidad de los datos durante todo el ciclo de vida de la batería mediante el registro digital de información sobre la fabricación, el uso y el reciclaje de la batería.

Además, los desarrolladores han estado aumentando la capacidad de las baterías grandes con el fin de ampliar la autonomía de conducción de los vehículos eléctricos y crear ESS que puedan almacenar más energía. Esto está dando como resultado que las nuevas baterías instaladas en vehículos eléctricos y ESS de alto rendimiento experimenten cambios significativos en tamaño y estructura interna. A medida que aumenta la capacidad de la batería, disminuye la resistencia interna. Una consecuencia de este reciente y dramático aumento en la capacidad de la batería es que la resistencia interna extremadamente baja se ha vuelto difícil de medir con precisión. Además, existen otros factores relacionados con los cambios significativos de tamaño y estructura interna que afectan la medición. El más importante de estos nuevos desafíos es que la resistencia interna no se puede evaluar con precisión utilizando el probador de baterías estándar de 1 kHz.

Los principales fabricantes de nivel 1 de la industria de las baterías están comenzando a explorar métodos de inspección de resistencia interna de próxima generación. Se necesitan nuevas soluciones que permitan la realización de una economía circular para la medición de la resistencia interna de baterías con nuevas estructuras o altas capacidades.

Medidor de impedancia de batería BT4560 y probador de batería BT6075

Obtención de datos detallados mediante medición EIS

Para introducir pasaportes de baterías, los fabricantes de baterías están explorando métodos para obtener y gestionar datos de producción detallados. La medición de la resistencia interna EIS es uno de esos métodos que llaman la atención. La medición utilizando múltiples frecuencias en un amplio rango de frecuencia permite un análisis y registro detallados del estado interno de las celdas de la batería. El medidor de impedancia de batería BT4560 de Hioki es perfecto para este tipo de medición. Puede realizar mediciones EIS en el rango de frecuencia de 0,01 Hz a 1,05 kHz. Hoy en día, el BT4560 está ganando atención no sólo con fines de investigación y desarrollo, sino también como dispositivo de inspección en líneas de producción.

Medir baterías de iones de litio en múltiples frecuencias (EIS) tiene muchos beneficios. Por ejemplo, la medición de la resistencia interna a 0,01 Hz está tan cerca de la CC (es decir, 0 Hz, el estado real de funcionamiento de las baterías) que da una idea de las condiciones en las que realmente funcionan las celdas de las baterías. Además, en celdas de batería de alta capacidad, a veces la medición de la resistencia interna a 100 Hz es más precisa que a la tradicional de 1 kHz. Esto se debe a que la medición de 100 Hz se ve menos afectada por los componentes de inductancia en comparación con la medición de 1 kHz. Tener múltiples frecuencias de medición brinda flexibilidad para responder a cambios dramáticos en nuevos diseños de baterías. Además, la acumulación de datos de medición en múltiples frecuencias aclarará las diferencias entre las baterías en desarrollo y las antiguas. Estos son sólo algunos ejemplos de cómo los fabricantes de nivel 1 consideran que la medición EIS es más adecuada para las baterías más modernas.
 

Medición de alta precisión para baterías de alta capacidad

La miniaturización de los valores de resistencia interna resultante del aumento de capacidad de las baterías está aumentando los casos de problemas de precisión y reproducibilidad de las mediciones. El probador de baterías BT6075 cuenta con el nivel más alto del mundo de rendimiento en precisión, estabilidad y velocidad de medición en la categoría de probadores de baterías de 1 kHz. Es un modelo a través del cual Hioki ha perseguido el límite del rendimiento para los usuarios que buscan un mayor avance en la medición de resistencia interna utilizando el método convencional.

La industria de las baterías se encuentra ahora en un importante punto de inflexión o cambio de paradigma. Se enfrentan a la decisión de buscar nuevos métodos de medición para responder a los cambios en los grandes diseños de iones de litio o esforzarse por mejorar los métodos de medición convencionales. Hioki aborda esto con dos soluciones: el BT4560 que permite la medición EIS y el BT6075 que lleva los métodos convencionales al límite. Hioki apoya firmemente la realización de una economía circular de baterías y el desarrollo de baterías de próxima generación.
 

Características del medidor de impedancia de batería BT4560

Un medidor de impedancia de batería capaz de medir la resistencia interna de varios tipos de baterías en un amplio rango de frecuencia. El límite inferior de la frecuencia de medición se ha ampliado en este modelo más nuevo (BT4560-50) de 0,1 Hz a 0,01 Hz.

• Frecuencia de medición: 0,01 Hz a 1,05 kHz
• Tensión máxima de entrada: 5 V
• Rango de medición de resistencia: 3 mΩ, 10 mΩ, 100 mΩ
• Resolución mínima: 0,1 μΩ (rango de 3 mΩ, rango de 10 mΩ)

Enlace: Medidor de impedancia de batería BT4560

Características del probador de batería BT6075

Permite una medición de resistencia interna estable, de alta precisión y alta velocidad de las baterías a una frecuencia de medición de 1 kHz. Modelo de primera clase de los comprobadores de baterías tradicionales.

• Frecuencia de medición: 1 kHz
• Tensión máxima de entrada: 100 V
• Rango de medición de resistencia: 3 mΩ, 30 mΩ, 300 mΩ, 3 Ω, 30 Ω
• Resolución: 0,01 μΩ (rango de 3 mΩ)

Enlace: Probador de batería BT6075

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