El Fraunhofer IFAM simplifica las mediciones del envejecimiento de las celdas de las baterías
El Instituto Fraunhofer IFAM de Bremen trabaja para determinar la resistencia a la corriente alterna dentro de la batería mediante espectroscopia de impedancia dinámica. El método desarrollado ayuda a mostrar el estado de las celdas de la batería con mayor precisión y sin esfuerzo de laboratorio.
Según el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación e Investigación Aplicada de Materiales, esto permite realizar mediciones durante el funcionamiento, que pueden utilizarse para hacer afirmaciones sobre el rendimiento en tiempo real.
Antecedentes del desarrollo: el envejecimiento de las celdas de una batería no es fácil de determinar en condiciones reales. Sin embargo, una declaración precisa sobre el estado de envejecimiento de las celdas en funcionamiento constituye la base para comprender mejor los mecanismos de envejecimiento de una batería y prolongar su vida útil. Esto es precisamente lo que se pretende hacer posible con el nuevo método de medición.
Hasta ahora, las mediciones precisas a nivel de célula o paquete eran posibles principalmente en el laboratorio. Pero allí las baterías suelen estar expuestas a condiciones diferentes que en el propio vehículo. Una multitud de factores son responsables del envejecimiento de las celdas de las baterías, como las temperaturas de almacenamiento (sobre las que, por desgracia, es difícil influir), el estado de carga durante tiempos de reposo prolongados y, sobre todo, el historial de procesos de carga y descarga.
"Existen, por tanto, muchos factores de influencia variables durante largos periodos de tiempo, por lo que la determinación precisa del estado de envejecimiento es compleja y ha supuesto hasta ahora un esfuerzo considerable", escribe el Fraunhofer IFAM. "En este contexto, los enfoques existentes se basan o bien en simulaciones, que representan una descripción simplificada del sistema de la batería y del proceso de descomposición, o bien en la extrapolación experimental de la vida útil del ciclo de las celdas de la batería".
El inconveniente de la modelización por simulación: es necesario conocer todos los procesos detallados necesarios para cada tipo de célula, aunque aún no se conozcan o no se comprendan. Además, hay que volver a realizar todo el proceso de descripción para transferirlo a una nueva química celular, lo que a su vez supone un esfuerzo considerable. Lo mismo ocurre con la extrapolación a partir de mediciones, ya que en este caso debe realizarse el esfuerzo de medición completo para cada tipo de célula que se vaya a describir y todas las condiciones ambientales existentes (temperatura, perfil de carga, etc.). E incluso entonces, factores como la distribución de la temperatura dentro de una célula ni siquiera se tienen en cuenta.
Por lo tanto, los investigadores del Fraunhofer quieren arreglárselas con su modelo "con un conocimiento limitado de la química celular". Según el comunicado de prensa, para describir las propiedades celulares se utilizan modelos matemáticos de comportamiento no lineal con efectos de "memoria" (las llamadas series de Volterra). Según el comunicado, este enfoque ofrece la ventaja de que la salida del sistema depende en todo momento de la entrada en el mismo, de modo que el sistema obtiene una memoria de todos los procesos anteriores, lo que resulta indispensable para describir el proceso de envejecimiento.
El paso crucial sería entonces medir la impedancia dinámica de las celdas de la batería durante su uso, incluso durante el proceso de carga o descarga de la celda. Es posible medir directamente los parámetros matemáticos que describen el comportamiento de las células. "Con la ayuda de esta representación matemática, también pueden tenerse en cuenta estados que no se han medido, lo que permite la transferibilidad a otras condiciones ambientales y químicas de las células, es decir, la consideración de tipos de baterías completamente nuevos", afirma el Fraunhofer IFAM.
De este modo, también debería ser posible registrar baterías sólidas en el futuro, por ejemplo. Además, estas funciones podrían implementarse directamente en el sistema de gestión de la batería, lo que significa que todos los datos necesarios para la predicción de la vida útil pueden obtenerse en cualquier momento, sin trabajo adicional de laboratorio.
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