Baterii Hybrid

3

Ce este nou?

Testarea bateriilor pe bază de litiu

Odată cu numărul mare de baterii litiu-ion utilizate, o metodă funcțională de testare rapidă devine o necesitate. Au fost încercate mai multe metode, inclusiv măsurarea rezistenței interne, iar rezultatele au fost mixte. Aditivii mențin rezistența internă a Li-ionului modern scăzută pe toată durata vieții, făcând testul ohmic nefiabil. Rezistența internă este măsurată fie prin metoda AC sau DC. 

 

Răspunsul electrochimic dinamic, metoda utilizată de QuickSort™, măsoară mobilitatea fluxului de ioni între electrozi. Pe baza analizei domeniului timp prin aplicarea de impulsuri scurte de încărcare, se măsoară timpul de răspuns la atac și recuperare; un algoritm calculează rezultatele și le compară cu un set de parametri. După cum se vede în Figura 1, o baterie bună rezistă la atac și se recuperează rapid, în timp ce impactul unei baterii mai slabe este mai mare și recuperarea este mai lentă. Figura 1 ilustrează conceptul de tehnologie.

Fig. 1: Răspuns dinamic electrochimic [1]

Răspunsul electrochimic dinamic măsoară fluxul de ioni dintre plăcile pozitive și negative. O baterie puternică se recuperează rapid după un atac, în timp ce un pachet mai slab se comportă mai lent.

Bateriile litiu-ion au viteze de difuzie diferite. În ceea ce privește răspunsul dinamic electrochimic, polimerul Li-ion cu electrolit gelificat este mai rapid decât Li-ion standard și are nevoie de parametri modificați pentru a obține acuratețe. Materialele active unice și aditivii care sunt ținuți la maxim secret de către producătorii de baterii complică procedura de testare.

Cadex a depus mult efort testării unei celule mici Li-ion în telefoanele mobile. Obiectivul este de a testa, de asemenea, Li-ion mai mare în configurație cu mai multe celule, pe o gamă largă de stări de încărcare, care implică combinarea testului în domeniul timpului cu domeniul frecvenței.

Când scanați o baterie de la kiloherți până la miliherți în modul domeniul frecvenței, intervalul de înaltă frecvență numit migrație dezvăluie calitățile rezistive ale unei baterii care prezintă o vedere de pasăre a peisajului. Cu toate acestea, caracteristicile unice ale Li-ion se află în intervalul de frecvență medie numit transfer de sarcină și în gama joasă numită difuzie. Bateriile cu capacitate decolorată suferă de transfer scăzut de încărcare și difuzie lentă a Li-ionului activ.

Evaluarea bateriilor la o frecvență sub un hertz ar necesita timpi de testare prelungiți. La un milihertz, de exemplu, un ciclu durează 1.000 de secunde sau 16 minute și sunt necesare mai multe puncte de date pentru a finaliza analiza. Testele rapide ar trebui să dureze doar câteva secunde și nu mai mult de 5 minute. Cu simularea inteligentă a software-ului, durata poate fi scurtată pentru a se încadra în timpul scurt de testare dorit.

În Figura 2, o baterie bună și o baterie mai slaba sunt scanate de la 0,1 Hz la 1 kHz. Diferența de impedanță (-Imp -Z) este cea mai puternică între 1Hz și 10Hz. Trebuie remarcat faptul că doar captarea citirilor rezistive are o valoare limitată, deoarece starea de încărcare (SoC) și temperatura afectează, de asemenea, semnătura și încurcă referințele SoH. În plus, diferitele arhitecturi Li-ion și modul în care bateria a îmbătrânit afectează, de asemenea, rezultatele. Îmbătrânirea naturală produce o semnătură diferită de îmbătrânirea artificială și motivul acestei discrepanțe nu este pe deplin înțeles.

Fig. 2: Scanarea frecvenței bateriilor bune și slabe ale telefoanelor mobile [2]

Variațiile de impedanță sunt cele mai vizibile sub 10 Hz. Scara orizontală este logaritmică pentru a condensa domeniul de frecvență.

Rezultatele testelor capturate de domeniul frecvenței sunt cel mai bine reprezentate de diagrama Nyquist. Inventat de Harry Nyquist (1889–1976) în timpul laboratoarelor Bell; o diagramă Nyquist prezintă răspunsul în frecvență al unui sistem liniar afișând atât amplitudinea, cât și unghiul de fază pe un singur grafic folosind frecvența ca parametru. Axa x orizontală a unei diagrame Nyquist dezvăluie impedanța reală în Ohm, în timp ce axa verticală y reprezintă impedanța imaginară.

Figura 3 împarte rezultatele bateriei scanate, așa cum sunt furnizate de diagrama Nyquist, în migrație, transfer de încărcare și difuzie. Migrația derivată la frecvență înaltă din stânga oferă caracteristici rezistive ale unei baterii; transferul de încărcare foarte important din mijloc formează un semicerc care reprezintă cinetica bateriei; iar partea de joasă frecvență din dreapta reprezintă difuzia.

Fig. 3: Graficul Nyquist este împărțit în secțiuni de frecvență înaltă, medie și joasă [2]

Semicercul de frecvență medie reprezintă cel mai bine caracteristicile bateriei. Bateriile mai mari necesită frecvențe mai mici.

Un test rapid ar trebui să dureze de la câteva secunde până la cel mult 5 minute, dar aplicarea frecvențelor ultra-joase prelungește timpul. De exemplu, la un milihertz (mHz), un ciclu durează 1.000 de secunde sau 16 minute și sunt necesare mai multe puncte de date pentru a finaliza analiza. Durata testelor poate fi adesea scurtată cu o simulare inteligentă prin software.

Li-ionul are asemănări cu acidul de plumb; tehnologia Spectro™ care este utilizată pentru a măsura capacitatea bateriilor cu plumb-acid va putea, de asemenea, să deservească Li-ion

Concluzie
Niciun test rapid nu poate evalua toate simptomele bateriei și există întotdeauna valori aberante care sfidează protocolul de testare. Predicția corectă ar trebui să fie 9 din 10. QuickSort™ (de la Cadex) depășește această cerință cu majoritatea pachetelor Li-ion pentru telefoane mobile, dar această tehnologie testează doar pachetele cu o singură celulă de până la 1.500 mAh. Noile tehnologii aflate în dezvoltare promit să testeze pachete Li-ion mai mari, dar acest lucru poate extinde testul la câteva minute pentru a permite eșantionarea la frecvență joasă.

Capacitatea este elementul care asigură sănătatea bateriei, iar tehnologiile de testare rapidă cu estimarea capacității îmbunătățesc și sistemele de management al bateriei (BMS). Astfel de tehnologii de testare rapidă pot fi incluse în încărcătoare pentru a evalua integritatea bateriei la fiecare încărcare, dând lumina verde gata doar dacă capacitatea țintă stabilită este îndeplinită; bateriile de capacitate mică sunt afișate pe ușa din spate. Acest lucru asigură controlul calității fără a adăuga un strat suplimentar de suprafață.

Sursa articol aici.