Configuración de laboratorio para medición de impedancia en tiempo real asistida por computadora en una celda de batería de iones de litio para analizar su estado. Crédito: Fraunhofer Ifam
Las potentes baterías seguras son un componente clave en el éxito de la movilidad eléctrica. Esto hace que la medición de la capacidad de una batería y establezcan un factor crucial. El método más informativo para hacer esto es la espectroscopía de impedancia. La impedancia en sí no se puede medir directamente; En cambio, se calcula a partir de la relación entre la corriente y el voltaje. La impedancia proporciona información sobre el estado de carga de la batería (SOC) y permite conclusiones con respecto a su estado de salud (SOH, es decir, la condición dentro de la batería, donde se encuentran el cátodo, el ánodo y el electrolito) o su estado de seguridad.
La recopilación de todos los datos necesarios requiere mediciones que consumen mucho tiempo y métodos analíticos. Además de eso, la medición de la impedancia solo ha sido posible en un estado de reposo hasta ahora. Por lo general, puede llevar hasta 20 minutos antes de que los datos necesarios para caracterizar la batería estén listos y disponibles.
Investigadores de Fraunhofer Ifam desarrollaron este método bajo el liderazgo de Fabio La Mantia. Ahora, por primera vez, la espectroscopía de impedancia dinámica hace posible calcular las mediciones con respecto al estado de la batería durante la operación en vivo y hacerlas disponibles en tiempo real.
La información obtenida de esta manera abarca mucho más que datos simples sobre la capacidad de carga o el tiempo de operación restante. Proporciona una imagen detallada, precisa y profunda de lo que está sucediendo dentro de la batería. Esto también permite predecir la vida potencial de la celda de la batería individualmente.
Si bien las pantallas existentes de estado de carga de la batería, que se incorporan a la electrónica del vehículo en automóviles eléctricos, por ejemplo, también toman medidas de manera continua durante el uso, ofrecen menos información, son mucho más lentas para responder y no son tan precisas.
“Primero, la espectroscopía de impedancia dinámica abre nuevas posibilidades para optimizar la gestión de la batería, extendiendo así la vida útil de las baterías. También allana el camino para que estas baterías se usen en aplicaciones críticas de seguridad”, explica Hermann Pleteit, quien encabeza el proyecto.
Método de medición de alta resolución y análisis directo
En este método innovador, la corriente de descarga o de carga se superpone por una señal de prueba de frecuencia múltiple. Las diferentes frecuencias permiten sacar conclusiones con respecto al estado de ciertos componentes o procesos dentro de la batería. La señal de respuesta de la corriente y el voltaje se mide hasta un millón de veces por segundo. Todos los datos del método de medición de alta resolución fluyen a un sistema de procesamiento de datos que se ejecuta al mismo tiempo. Un programa de software utiliza esta información para calcular la evolución de los valores de impedancia y luego hacer inferencias relacionadas con el estado de la celda de batería relevante.
Para obtener resultados en tiempo real a pesar del gran volumen de datos generados por las mediciones de alta resolución, los investigadores de Fraunhofer idearon otro truco inteligente. “Desarrollamos algoritmos que reducen significativamente el volumen de datos antes del análisis sin dejar caer información relevante”, dice Pleteit. En línea con estos avances, el control en tiempo real de todos los aspectos del estado de la batería a través de la espectroscopía de impedancia ofrece ventajas significativas.
Alegando rápidamente las células sobrecalentadas
Los sistemas de gestión de baterías pueden usar los datos de impedancia para registrarse inmediatamente cuando una celda se sobrecalienta localmente mientras conduce, por ejemplo. Luego simplemente apagan esa celda o reducen la potencia. Esto elimina la necesidad de sensores de temperatura convencionales, que se colocan en el exterior de la celda de la batería, registrando así problemas térmicos con un retraso. Para entonces, a menudo es demasiado tarde para evitar que la célula se dañe.
También hay ventajas para los cargadores de EV. Por ejemplo, esta tecnología podría usarse para decidir entre la carga y la carga extra-rápida que es más lenta, pero también reduce el desgaste de la batería. Durante una breve pausa en una parada de descanso, el sistema de gestión de la batería cobra la batería rápidamente y al mismo tiempo asegura que no haya picos de temperatura peligrosos y los componentes internos no estén estresados indebidamente. Si el vehículo está conectado a un cargador durante varias horas, el sistema de administración cobra la batería lentamente para reducir el desgaste y extender su vida útil.
Solicitud de energía renovable y aviación
Los proveedores de energías renovables como la energía eólica o los fotovoltaicos, que necesitan compensar las fluctuaciones en la producción de electricidad con almacenamiento de energía, tienen sistemas de módulos de batería estables que se pueden controlar en todo momento gracias a la tecnología Fraunhofer.
El monitoreo en tiempo real del estado de la batería incluso desbloqueará la posibilidad de uso en escenarios críticos de seguridad en el futuro. “Este tipo de sistemas podrían usarse en aviones eléctricos ecológicos, por ejemplo. Este mercado está en su infancia en este momento. Y la industria naviera también está señalando interés en la tecnología”, dice Pleteit.
La espectroscopía de impedancia no solo es adecuada para las baterías de iones de litio que se encuentran comúnmente hoy en día. Este método también se puede aplicar a baterías de estado sólido, iones de sodio o litio-azufre, o cualquier otra tecnología futura.
Proporcionado por Fraunhofer-Gesellschaft
Cita: el método de medición en tiempo real extiende la vida útil y mejora la seguridad de las baterías (2025, 1 de agosto) Recuperado el 1 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-real-method-lifespan-safety-batteries.html
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