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Solución de pruebas eficiente para baterías de estado sólido
En la actualidad, existe una creciente competencia por el uso práctico de las baterías de estado sólido. Toyota, que lidera el sector en cuanto a patentes, tiene planeado iniciar la producción experimental de vehículos eléctricos en los próximos años. Volkswagen y Quantum Scape, una empresa emergente de Silicon Valley, comenzarán a producir baterías que pueden ampliar significativamente la autonomía de los vehículos eléctricos de enchufe (PEV) alrededor de 2028. La tecnología de baterías de estado sólido se considera la tecnología clave de próxima generación que afectará a la industria de los vehículos eléctricos.
Una batería de estado sólido es una tecnología de batería que utiliza electrodos sólidos y un electrolito sólido, en lugar de los electrolitos líquidos o de gel polimérico que se encuentran en las baterías de iones de litio o de polímero de litio. Tiene muchas ventajas, tales como:
- proporciona mayores densidades energéticas al permitir el uso de ánodos de litio metálico
- evita el uso de materiales peligrosos o tóxicos
- tiene menor riesgo de incendio
- genera solo entre 20 % y 30 % de calor en comparación con baterías convencionales con electrolito líquido durante una fuga térmica
- permiten una carga más rápida, un voltaje más alto y una vida útil más larga.
Retos
Hoy en día, las baterías de estado sólido se encuentran todavía en fase piloto de laboratorio y se enfrentan a distintos obstáculos técnicos, como la formación de dendritas de litio, la baja eficiencia coulómbica causada por la impedancia de la interfaz y las reacciones secundarias entre los electrolitos sólidos y los electrodos positivos y negativos. Esto llevará a un mal rendimiento de la carga rápida y la vida útil de las baterías de estado sólido.
Los problemas básicos de las baterías de estado sólido utilizadas en los vehículos eléctricos incluyen principalmente el tiempo de carga (densidad de corriente), la vida útil, la seguridad y la temperatura de funcionamiento. Afortunadamente, las baterías de estado sólido siguen los mismos principios físicos que las baterías de iones de litio tradicionales. Muchas soluciones de la gestión de baterías y soluciones de prueba desarrolladas para las baterías de iones de litio tradicionales seguirán evolucionando y continuarán aplicándose.
Soluciones
Sistema de prueba de celdas de batería ITECH ITS5300-200
El sistema de prueba de carga y descarga de baterías ITECH ITS5300 se puede aplicar a:
- Pruebas de vida útil de las celdas: cientos de canales.
- Simulación de las condiciones reales de operación de la batería de un vehículo eléctrico.
Ventajas:
- Diseño modular: cada canal puede configurar de forma independiente parámetros y elementos de prueba.
- Fuerte integración: termostato, medidor de temperatura, medidor de resistencia interna...
El monitoreo de la capacidad de carga durante la prueba del ciclo de la batería ayuda a observar el cambio de la capacidad de la batería con diferentes números de ciclos. A continuación, se puede obtener la eficiencia coulómbica, también conocida como eficiencia de descarga (la relación entre la capacidad de descarga y la capacidad de carga). En términos generales, un aumento de la temperatura favorece la difusión de los iones de litio y, al mismo tiempo, reduce la resistencia a la migración, de modo que la primera eficiencia coulómbica es mayor. Los materiales de los electrodos con poca reversibilidad aumentarán la cantidad de inactivación de iones de litio, lo que reducirá la eficiencia coulómbica.
Deterioro de la capacidad de la batería con capa de carbono libre de plata
Cuando se utiliza el sistema de prueba de baterías para ejecutar pruebas de ciclo de vida a largo plazo de la batería, su seguridad y fiabilidad son muy importantes. Cualquier anomalía puede provocar fácilmente la pérdida de los datos de la prueba. La sobrecarga y la descarga excesiva de la batería causadas por un funcionamiento sin monitoreo pueden incluso provocar daños. El sistema de prueba de carga y descarga de baterías ITS5300 no solo cuenta con funciones de protección básicas como OVP, OCP y OTP, sino que también cuenta con alarmas y protecciones integrales para fluctuaciones de voltaje, fluctuaciones de corriente, protección contra diferencias de voltaje de las celdas de la batería, etc.
El sistema de prueba de carga y descarga de baterías ITS5300 puede utilizar mensajes BMS como condiciones de protección para monitorear en tiempo real los cambios de temperatura y diferencia de voltaje de las celdas de un paquete de baterías. Los datos de prueba se pueden cargar en el servidor en tiempo real. Con cualquier computador dentro de la LAN, se puede controlar de forma remota el sistema de prueba de baterías, consultar y acceder a los datos históricos de prueba en tiempo real, para iniciar rápidamente el análisis de las características de la batería.
Para las pruebas de celdas de batería, se puede equipar con la serie IT-M de baja potencia, el sistema regenerativo IT-M3600 o la fuente de poder DC bidireccional IT-M3400. Con el tamaño de solo medio rack 1U, pueden realizar pruebas de carga y descarga de baterías de 800 W. Para las pruebas de paquetes de baterías, se pueden equipar con la fuente de poder bidireccional de alta potencia IT6000C. Una unidad 3U puede generar 18 kW y alcanzar hasta 1,152 MW tras una conexión en paralelo. Además, también puede lograr una conmutación perfecta entre carga y descarga. Durante la prueba de descarga, se puede regenerar hasta un 95 % de la potencia, lo que ayuda a ahorrar costos y energía. Por otra parte, el IT6000C admite la generación de formas de onda arbitrarias con hasta 10 millones de puntos. Para simular formas de onda complejas de condiciones reales de operación, solo es necesario importar el archivo Excel y se pueden generar fácilmente las formas de onda correspondientes.
En la actualidad, desde baterías hasta sistemas de almacenamiento de energía de nivel MW, ITECH ha sido capaz de proporcionar soluciones para diversas pruebas y simulaciones de baterías. Aunque llevará tiempo lograr la industrialización de las baterías completamente de estado sólida, ITECH contribuirá sin duda al desarrollo de la industria gracias a su continua innovación en tecnologías de pruebas de potencia.
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