El desafío
Cuando los investigadores utilizan el Análisis Diferencial de Voltaje (DVA, por sus siglas en inglés) para identificar los mecanismos de envejecimiento de las baterías de iones de litio, se enfrentan a los siguientes retos para obtener una curva de DVA clara:
- Los equipos de prueba actuales para carga y descarga, carecen de una apropiada precisión y exactitud en voltaje y corriente.
- La curva de DVA y sus picos característicos deben reconocerse claramente mediante un algoritmo de suavizado.
- La creación del algoritmo de suavizado con lleva tiempo y un riesgo de sobre modificación y distorsión de los datos.
Historia completa
Cuando un vehículo eléctrico (EV, por sus siglas en inglés) está en carretera, la capacidad de la batería y la potencia disminuirá gradualmente, lo que a su vez afectará su kilometraje, vida útil, eficiencia de carga y aceleración. Las investigaciones sobre la relevancia del mecanismo de envejecimiento para baterías de iones de litio [1] muestran que las razones del deterioro de la capacidad y la potencia de la batería incluyen una variedad de mecanismos de degradación interna [Figura 1]. La evaluación de la mayoría de ellos implica desmontar la batería y observar el estado de cada componente interno. El análisis diferencial de voltaje es un análisis in situ para distinguir el mecanismo de envejecimiento sin dañar la batería. Basándose en el cambio de altura y el grado de desplazamiento de cada pico característico en la curva dV/dQ, el análisis diferencial de voltaje puede inferir la causa principal de la degradación de la batería. Luego, puede ajustar la estrategia de control del sistema de administración de baterías (BMS por sus siglas en inglés) del EV eléctrico para evitar el mal uso de la batería provoque envejecimiento acelerado.
[Figura 1] Diagrama de correlación del mecanismo de envejecimiento de una batería de iones de litio.
Para el análisis diferencial de voltaje generalmente se necesita cargar y descargar a C/25 para prevenir los efectos de polarización, luego se calculan el voltaje diferencial y capacitancia, se dibuja la curva dV/dQ (V/ Ah) vs. Q(Ah). La inducción sistemática y la cuantificación se realizan de acuerdo con el desplazamiento de los picos característicos en dV/dQ en diferentes períodos de tiempo. La claridad de la curva diferencial es clave para la interpretación y comparación efectiva de los resultados y el objetivo más importante es suavizar la curva de análisis diferencial de voltaje sin distorsión.
Los resultados de los análisis de los equipos de prueba de carga y descarga en general suelen ser difíciles de leer debido al excesivo ruido de las mediciones [Figura 2]. Los investigadores a menudo deben desarrollar los algoritmos correspondientes para los diferentes materiales de baterías y realizar cálculos secundarios para crear resultados más legibles. Este es uno de los retos que más trabajo y tiempo consume en el proceso de análisis.
([Figura 2] Comparación del ruido en diferentes curvas de DVA.
La mejor manera de simplificar el procesamiento de los datos del análisis diferencial de voltaje es utilizar equipos de prueba de alta precisión para realizar las pruebas de carga y descarga. Esto garantizará una salida de corriente estable durante todo el proceso, así como una precisión duradera de las pruebas. Sólo entonces, el equipo puede eliminar con éxito el ruido excesivo en la curva causado por la fluctuación de la medición y obtener picos característicos claros y legibles en la curva de análisis diferencial de voltaje sin distorsión.
Chroma ofrece a los investigadores el sistema de prueba de baterías serie 17010 con alta exactitud de < ±200ppm, alta precisión de < ±50ppm y alta consistencia bajo diferentes rangos de corriente. No es necesario realizar complicados cálculos secundarios para obtener resultados de pruebas sin distorsiones. Los sistemas 17010 permiten a los usuarios identificar con mayor rapidez el rendimiento de la batería y analizar la tendencia de degradación [Figura 3].
[Figura 3] Resultados de prueba de carga/descarga 17216M-6-12
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