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El nuevo enfoque de carga podría extender la vida útil de la batería en al menos un 20%
Las muchas celdas que componen un paquete de baterías de litio no son todas iguales; algunos se degradarán y morirán más rápido que otros. Una nueva investigación de Stanford ha descubierto que toda la batería puede vivir mucho más tiempo si cada celda recibe un tratamiento de carga individual.
Hay muchas razones por las que las células individuales de un paquete pueden volverse más débiles que otras. Tal vez haya variaciones en la fabricación o los materiales. Tal vez algunos estén más expuestos a fuentes de calor que otros, o estén ubicados en lugares que son más difíciles de enfriar. De cualquier manera, la celda de batería simple promedio dura más que el paquete de batería promedio, y son estas celdas débiles las que se llevan todo el barco con ellas.
Los eventos de carga y descarga rápidas son estresantes para las celdas de la batería y, si bien están diseñadas para soportar ese estrés, estos son los momentos en los que las celdas más débiles sufren y se deterioran más rápido. Entonces, el equipo de Stanford se preguntó si la técnica estándar de cargar todas las celdas de una batería al mismo ritmo podría estar acelerando la muerte de la batería.
Los investigadores diseñaron minuciosamente un modelo de computadora para probar su teoría en un marco de tiempo acelerado, lo que resultó en lo que creen que es un nivel de detalle de simulación sin precedentes. Intentaron representar con precisión el estado físico y químico de una batería, así como los cambios que ocurren en relación con una variedad de tensiones a lo largo de su vida útil, incluidos los cambios que ocurren en segundos, hasta otros que pueden tomar meses o años.
"Hasta donde sabemos, ningún estudio anterior ha utilizado el tipo de modelo de batería de escala de tiempo múltiple de alta fidelidad que creamos", dice Onori.
Usando este modelo, realizaron una serie de simulaciones que comparaban un enfoque de carga de tasa fija estándar con otros enfoques, en los que la capacidad de cada celda individual servía como indicador de cuánta carga podría tomar. La teoría aquí era que solo las células más fuertes deberían estar sujetas a las tensiones más altas; las células que ya habían comenzado a degradarse temprano, por cualquier motivo, deberían tratarse con mucho más cuidado, con la esperanza de evitar su eventual deterioro.
El equipo descubrió que al configurar individualmente la tasa de carga de cada celda, podían minimizar el aumento de temperatura y la degradación de la celda, hasta el punto en que estos paquetes podían manejar al menos un 20 % más de ciclos de carga/descarga que una batería que se carga de manera uniforme, incluso con uso frecuente. carga rápida
Los inconvenientes aquí son bastante obvios; si está cargando rápidamente la batería de su EV o teléfono, quiere que se cargue lo más rápido posible, para que pueda volver a lo que sea que esté haciendo, y en un modelo como este, una cierta cantidad de celdas en su batería simplemente no se estarían cargando tan rápido como lo harían normalmente. Si ve sus baterías como artículos más o menos desechables, y sus automóviles como algo que se reemplaza cada pocos años, puede ver cómo a muchos consumidores no les importaría si están acelerando la muerte de sus paquetes de baterías. Es problema de otra persona.
Por otro lado, no es como si generalmente estuviera cargando rápidamente hasta el 100% cuando tiene prisa, y la mayoría de las celdas en la mayoría de las baterías están bien y son capaces de tomar una carga rápida. . Por lo tanto, la diferencia en el estado de carga al final de la media hora en un supercargador podría no ser muy diferente con este modelo de carga, y si las baterías pueden lograr una vida útil más larga, eso es mejor para todos, especialmente teniendo en cuenta la escasez de litio. se prevé que eso ejerza presión sobre los esfuerzos de descarbonización en las próximas décadas.
Los investigadores dicen que su modelo de carga se puede implementar fácilmente a través de diseños de vehículos eléctricos existentes, o se puede usar para guiar el desarrollo de sistemas de administración de baterías de próxima generación. También sugieren que se podría aplicar el mismo modelo al ciclo de descarga, exigiendo menos de las celdas más débiles y más de las más fuertes, para obtener más beneficios en la vida útil de cualquier paquete de baterías que esté sujeto a cargas de alto estrés. De hecho, uno de los autores del estudio ahora trabaja como investigador de baterías en el desarrollador de eVTOL Archer Aviation.
“Las baterías de iones de litio ya han cambiado el mundo de muchas maneras”, dice Onori. “Es importante que obtengamos todo lo que podamos de esta tecnología transformadora y sus sucesores por venir”.
El estudio se publica en la revista IEEE Transactions on Control Systems Technology.
Fuente: Universidad de Stanford
Por Loz Blain
07 noviembre 2022
