{"id":1250,"date":"2024-10-25T17:17:29","date_gmt":"2024-10-25T09:17:29","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sunvoltbat.com\/?p=1250"},"modified":"2024-10-25T17:17:43","modified_gmt":"2024-10-25T09:17:43","slug":"battery-rapid-test-methods","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sunvoltbat.com\/es\/battery-rapid-test-methods.html\/","title":{"rendered":"M\u00e9todos de prueba r\u00e1pida de bater\u00edas"},"content":{"rendered":"

Una bater\u00eda se asemeja a un organismo vivo que no puede medirse; s\u00f3lo estimarse mediante diagn\u00f3sticos similares a los de un m\u00e9dico que examina a un paciente. La precisi\u00f3n de las pruebas r\u00e1pidas var\u00eda en funci\u00f3n de los s\u00edntomas. Estos indicadores cambian con el estado de carga (SoC), la agitaci\u00f3n tras la carga y la descarga, la temperatura y la duraci\u00f3n del almacenamiento. Una prueba r\u00e1pida debe ser capaz de distinguir entre una bater\u00eda buena parcialmente cargada y una d\u00e9bil totalmente cargada. Ambas variantes ofrecen tiempos de funcionamiento similares en manos del usuario, pero tienen niveles de rendimiento diferentes.<\/p>\n\n\n\n

Un an\u00e1lisis de rendimiento muy utilizado es el recuento de culombios, en el que se miden las energ\u00edas de entrada y salida. El recuento de culombios se remonta a hace 250 a\u00f1os, cuando Charles-Augustin de Coulomb estableci\u00f3 por primera vez la \"Regla de Coulomb\". Elegante en su concepto, pero el recuento de culombios tiene su propio problema en que pierde precisi\u00f3n cuando la bater\u00eda se carga y descarga aleatoriamente. La estimaci\u00f3n del estado de salud (SoH) mediante una soluci\u00f3n digital est\u00e1 incompleta si no incluye tambi\u00e9n la bater\u00eda qu\u00edmica.<\/p>\n\n\n\n

El principal indicador de la salud de una bater\u00eda es capacidad<\/em>. La capacidad representa el almacenamiento de energ\u00eda, una cualidad que se desvanece gradual y permanentemente con el uso. Otras caracter\u00edsticas responsables del SoH son la resistencia interna que gobierna la corriente de carga y autodescarga<\/em> que examina la integridad mec\u00e1nica. Las tres caracter\u00edsticas deben cumplirse para que una bater\u00eda tenga el visto bueno.<\/p>\n\n\n\n

Estimar la capacidad de la bater\u00eda qu\u00edmica sobre la marcha es de lo m\u00e1s complejo. Para ello se utilizan algoritmos y matrices que sirven de tablas de consulta similares a las de reconocimiento de letras o caras. Los m\u00e9todos modernos de prueba r\u00e1pida avanzan hacia el aprendizaje autom\u00e1tico avanzado para captar los m\u00faltiples estados de \u00e1nimo de una bater\u00eda.<\/p>\n\n\n\n

A continuaci\u00f3n se ofrece un resumen de los m\u00e9todos de prueba, desde los m\u00e1s sencillos hasta los m\u00e1s complejos, para examinar las bater\u00edas.<\/p>\n\n\n\n

Tensi\u00f3n<\/strong><\/td>Revela el SoC. No es posible estimar la capacidad.<\/td><\/tr>
Prueba \u00f3hmica<\/strong><\/td>Mide la resistencia interna de la bater\u00eda para verificar las caracter\u00edsticas de carga e identificar condiciones de fallo. Las lecturas de resistencia no se correlacionan con la capacidad. La prueba \u00f3hmica tambi\u00e9n se conoce como prueba de impedancia (Z).<\/td><\/tr>
Ciclo completo<\/strong><\/td>Lee la capacidad de la bater\u00eda qu\u00edmica con un ciclo de carga\/descarga\/carga. Los resultados son precisos, pero a menudo hay que retirar la bater\u00eda del servicio y las pruebas duran horas.<\/td><\/tr>
Prueba r\u00e1pida<\/strong><\/td>La mayor\u00eda de los m\u00e9todos de ensayo r\u00e1pido se basan en el dominio del tiempo o de la frecuencia. El dominio temporal excita la bater\u00eda con impulsos para observar el flujo de iones de las bater\u00edas de iones de litio. El dominio de la frecuencia escanea la bater\u00eda con m\u00faltiples frecuencias para generar un gr\u00e1fico de Nyquist para el an\u00e1lisis. Ambos m\u00e9todos requieren algoritmos complejos con par\u00e1metros o matrices que sirven de tablas de consulta.<\/td><\/tr>
BMS<\/strong><\/td>Los sistemas de gesti\u00f3n de bater\u00edas calculan el SoC controlando la tensi\u00f3n, la corriente y la temperatura. Algunos BMS para Li-ion tambi\u00e9n cuentan culombios. Un BMS puede identificar un defecto en la bater\u00eda, pero no puede estimar la capacidad con precisi\u00f3n.<\/td><\/tr>
Recuento de Coulomb<\/strong><\/td>Lee la corriente de entrada y salida. La bater\u00eda inteligente almacena los datos en el registro de capacidad de carga completa (FCC) al que se puede acceder, pero las lecturas pueden ser inexactas si la bater\u00eda no est\u00e1 calibrada. Un ciclo completo corrige el error de seguimiento.<\/td><\/tr>
Analizador de bater\u00edas<\/strong><\/td>Un nuevo m\u00e9todo para estimar la capacidad durante la carga. Un algoritmo de filtrado propio establece el SoC preciso; el recuento de culombios estima la capacidad de la bater\u00eda.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

M\u00e9todos de prueba r\u00e1pida<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Ninguna prueba puede captar por s\u00ed sola todos los indicadores del estado de una bater\u00eda. Muchos dispositivos de prueba r\u00e1pida s\u00f3lo tienen en cuenta el voltaje y la resistencia interna. Mientras que la p\u00e9rdida de capacidad de una bater\u00eda de NiCd o NiMH puede correlacionarse con el aumento de la resistencia interna, esta relaci\u00f3n es menos evidente con las bater\u00edas de litio y plomo. Anunciar la estimaci\u00f3n de la capacidad con un comprobador que s\u00f3lo mide el voltaje y la resistencia interna puede ser enga\u00f1oso. Confunde al sector haci\u00e9ndole creer que se pueden obtener resultados complejos con m\u00e9todos simplistas. Los instrumentos basados en la resistencia identificar\u00e1n efectivamente una bater\u00eda moribunda o agotada; pero tambi\u00e9n lo har\u00e1 el usuario.<\/p>\n\n\n\n

Una bater\u00eda es un dispositivo reactivo y el m\u00e9todo por el que se toman las medidas de resistencia es importante. Una medici\u00f3n de CC analiza los valores resistivos puros, mientras que la CA incluye componentes reactivos que proporcionan informaci\u00f3n adicional. Figura 1<\/strong> representa la impedancia de una bater\u00eda de iones de litio buena y otra defectuosa cuando se escanea con CA de 0,1Hz a 1kHz. Las mayores variaciones de impedancia (-Imp -Z) se observan en la escala de baja frecuencia, entre 1 Hz y 10 Hz.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

Las variaciones de impedancia son m\u00e1s visibles por debajo de 10 Hz. La escala horizontal es logar\u00edtmica para condensar la gama de frecuencias.
Fuente: Cadex Electronics<\/sup>
Cabe se\u00f1alar que las lecturas resistivas por s\u00ed solas no son concluyentes. No hay un tama\u00f1o que se ajuste a todos y las firmas var\u00edan con el tama\u00f1o y el tipo de bater\u00eda. Los niveles de SoC, la agitaci\u00f3n y la temperatura tambi\u00e9n influyen en los resultados. Los laboratorios Cadex descubrieron adem\u00e1s diferencias en el envejecimiento de las pilas. Lo m\u00e1s desconcertante es por qu\u00e9 el envejecimiento natural produce firmas distintas a las del envejecimiento artificial realizado en c\u00e1maras ambientales con reg\u00edmenes de prueba fijos. Este comportamiento similar al humano comparte similitudes con la longevidad que experimentan las personas que viven en distintas regiones del mundo.<\/p>\n\n\n\n

Cadex es pionero en varios m\u00e9todos de ensayo r\u00e1pido. \u00c9stos son Modelo espec\u00edfico de clasificaci\u00f3n r\u00e1pida, respuesta din\u00e1mica electroqu\u00edmica y espectroscopia de impedancia electroqu\u00edmica (EIS)<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Modelo espec\u00edfico de clasificaci\u00f3n r\u00e1pida (QSMS)<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

QSMS observa diferencias en los valores resistivos al evaluar una bater\u00eda con m\u00e9todos de CC y CA. Por ejemplo, la resistencia del Li-ion en una celda 18650 es de unos 110mOhm con medici\u00f3n de CC y de unos 36mOhm con una se\u00f1al de CA de 1.000 Hz. La variaci\u00f3n entre las dos lecturas proporciona informaci\u00f3n sobre el rendimiento cuando se compara con par\u00e1metros espec\u00edficos de la bater\u00eda que se almacenan en una tabla de consulta.<\/p>\n\n\n\n

El algoritmo es relativamente sencillo y el tiempo de prueba es corto, pero la log\u00edstica de crear los par\u00e1metros derivados de las bater\u00edas buenas, marginales y malas a\u00f1ade complejidad. QSMS es uno de los varios m\u00e9todos de ensayo r\u00e1pido que Cadex ha desarrollado para clasificar las bater\u00edas de los tel\u00e9fonos m\u00f3viles sobre la marcha.<\/p>\n\n\n\n

Respuesta din\u00e1mica electroqu\u00edmica (EDR)<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

La EDR mide la movilidad del flujo de iones entre electrodos aplicando pulsos de carga y evaluando el tiempo de respuesta en ataque y recuperaci\u00f3n. Los tiempos de recuperaci\u00f3n se comparan con par\u00e1metros almacenados relativos al rendimiento de la bater\u00eda. Figura 2 <\/strong>demuestra una buena bater\u00eda que es firme y tiene una recuperaci\u00f3n r\u00e1pida contra una bater\u00eda d\u00e9bil que muestra suavidad y tiene una recuperaci\u00f3n lenta.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

El EDR mide el flujo de iones entre las placas positiva y negativa. Una bater\u00eda potente se recupera r\u00e1pidamente de un ataque, mientras que un pack m\u00e1s d\u00e9bil es m\u00e1s lento.
Patente estadounidense 7.622.929. Fuente: Cadex Electronics<\/sup><\/p>\n\n\n\n

El coeficiente de difusi\u00f3n del Li-ion difiere seg\u00fan el material activo y los aditivos electrol\u00edticos utilizados. La EDR fue desarrollada por Cadex para probar r\u00e1pidamente una amplia gama de bater\u00edas de tel\u00e9fonos m\u00f3viles. La tecnolog\u00eda se est\u00e1 desarrollando ahora para probar bater\u00edas m\u00e1s grandes.<\/p>\n\n\n\n

Espectroscopia de impedancia electroqu\u00edmica (EIS)<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

El EIS lleva las pruebas r\u00e1pidas a un nivel de complejidad superior escaneando una bater\u00eda con m\u00faltiples frecuencias para generar un gr\u00e1fico de Nyquist. A continuaci\u00f3n, la informaci\u00f3n Nyquist se superpone a modelos electroqu\u00edmicos que permiten estimar la capacidad, el CCA y el SoC de forma no invasiva. El tiempo de prueba t\u00edpico es de 15 segundos.<\/p>\n\n\n\n

El gr\u00e1fico de Nyquist debe su nombre a Harry Nyquist<\/em> (1889-1976), antiguo ingeniero de los Laboratorios Bell. Presenta la respuesta en frecuencia de un sistema lineal mostrando tanto la amplitud como el \u00e1ngulo de fase en un \u00fanico gr\u00e1fico utilizando la frecuencia como par\u00e1metro. El eje horizontal x muestra la impedancia real de Ohm, mientras que el eje vertical y representa la impedancia imaginaria. Los cient\u00edficos predicen que el diagn\u00f3stico de bater\u00edas est\u00e1 gravitando hacia la tecnolog\u00eda EIS mediante la combinaci\u00f3n de los resultados de las pruebas con un modelado complejo.<\/p>\n\n\n\n

Figura 3<\/strong> ilustra los tres dominios del gr\u00e1fico de Nyquist titulado migraci\u00f3n en el extremo de alta frecuencia, transferencia de carga<\/em> en la gama media, y difusi\u00f3n <\/em>en la escala de baja frecuencia.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

El semic\u00edrculo de frecuencia media representa mejor las caracter\u00edsticas de la bater\u00eda. Las bater\u00edas m\u00e1s grandes requieren frecuencias m\u00e1s bajas.
Fuente: Cadex<\/sup><\/p>\n\n\n\n

Al escanear una bater\u00eda de kilohercios a milihercios, el campo de Migraci\u00f3n revela cualidades resistivas de una bater\u00eda que representa una vista de p\u00e1jaro del paisaje. Las caracter\u00edsticas m\u00e1s valiosas se encuentran en la gama de frecuencias medias, denominada Transferencia de Carga. Este dominio tan importante forma un semic\u00edrculo que representa la cin\u00e9tica de la bater\u00eda que proporciona referencias de SoH. El rango bajo, denominado Difusi\u00f3n, incluye informaci\u00f3n adicional relativa a la capacidad, pero requiere largos tiempos de prueba. El tama\u00f1o de la bater\u00eda dirige la frecuencia; cuanto mayor sea la bater\u00eda en amperios-hora, menor ser\u00e1 la frecuencia aplicada.<\/p>\n\n\n\n

Una prueba r\u00e1pida deber\u00eda durar entre unos segundos y no m\u00e1s de 5 minutos, pero la aplicaci\u00f3n de frecuencias ultrabajas prolonga el tiempo. Por ejemplo, a un milihercio (mHz), un ciclo dura 1.000 segundos, o 16 minutos, y se necesitan varios puntos de datos para completar el an\u00e1lisis. La duraci\u00f3n de las pruebas puede acortarse a menudo con una simulaci\u00f3n de software inteligente.<\/p>\n\n\n\n

El an\u00e1lisis de Nyquist es muy adecuado para probar bater\u00edas de litio y plomo. La espectroscopia de impedancia electroqu\u00edmica multimodelo, o Spectro\u2122 de Cadex, es la primera aplicaci\u00f3n basada en EIS que estima la capacidad de la bater\u00eda. La capacidad es el principal indicador de salud; la CCA de una bater\u00eda de arranque se refiere a la resistencia interna de la bater\u00eda que es responsable del arranque del motor. En una bater\u00eda en buen estado, la CCA se mantiene alta mientras que la capacidad disminuye gradualmente con el uso. Se produce un \"no arranque\" cuando la capacidad cae por debajo del nivel necesario para arrancar el motor. Para evitar sorpresas, una bater\u00eda de arranque debe sustituirse cuando la capacidad descienda al 40%. La ventaja de la estimaci\u00f3n de la capacidad tambi\u00e9n queda clara en esta aplicaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Analizador de bater\u00edas<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

El t\u00e9rmino \"analizador sint\u00e1ctico\" se utiliza en inform\u00e1tica para describir la recepci\u00f3n y clasificaci\u00f3n de datos de instrucci\u00f3n. Cadex utiliza este t\u00e9rmino para definir la capacidad de la bater\u00eda estableciendo el SoC preciso con un algoritmo propio (pendiente de patente) y contando despu\u00e9s los culombios que \"llenan\" el espacio disponible de la bater\u00eda. El periodo de carga debe ser lo suficientemente largo para obtener buenas lecturas. Los resultados de laboratorio de Cadex muestran una mayor precisi\u00f3n de la capacidad con el analizador sint\u00e1ctico de bater\u00edas que lo que es t\u00edpico con el recuento de culombios no calibrado de una bater\u00eda inteligente.<\/p>\n\n\n\n

El analizador de bater\u00edas utiliza aprendizaje autom\u00e1tico avanzado, algoritmos que se abrir\u00e1n camino en los cargadores de bater\u00edas modernos para proporcionar control de calidad en las bater\u00edas. Esta integraci\u00f3n convertir\u00e1 al cargador en un sistema de supervisi\u00f3n sin log\u00edstica a\u00f1adida y con poco coste adicional. Los cargadores de bater\u00edas de diagn\u00f3stico hacen transparente el rendimiento de las bater\u00edas eliminando el s\u00edndrome de la \"caja negra\", un problema que ha perseguido a los usuarios de bater\u00edas durante siglos.<\/p>\n\n\n\n

Resumen<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Ninguna prueba r\u00e1pida puede evaluar todos los s\u00edntomas de la bater\u00eda. Siempre habr\u00e1 valores at\u00edpicos que desaf\u00eden los protocolos de prueba. Las predicciones correctas para bater\u00edas en servicio deber\u00edan ser de 9 sobre 10. Los valores at\u00edpicos pueden incluir bater\u00edas que son nuevas y no se han formateado completamente, o bater\u00edas que han estado almacenadas. Un SoC bajo tambi\u00e9n provoca errores.<\/p>\n\n\n\n

La capacidad es el guardi\u00e1n de la salud de la bater\u00eda que se relaciona con el tiempo de funcionamiento y predice el final de la vida \u00fatil. El t\u00e9rmino capacidad no se entiende bien. Normalmente, una bater\u00eda se sustituye cuando su capacidad se reduce al 80%. A la hora de elegir los umbrales de fin de vida \u00fatil, una organizaci\u00f3n debe asegurarse de que la bater\u00eda de menor rendimiento pueda desempe\u00f1ar la funci\u00f3n asignada. Revelar la estimaci\u00f3n de la capacidad mediante pruebas r\u00e1pidas o en un cargador cambiar\u00e1 la forma de mantener las bater\u00edas. En \u00faltima instancia, estos avances marcar\u00e1n el comienzo de una revoluci\u00f3n industrial de las bater\u00edas.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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