Il metodo di misurazione in tempo reale prolunga la durata di vita e migliora la sicurezza delle batterie
Metodo di misurazione ad alta risoluzione e analisi diretta
Annunci
Un metodo di misurazione innovativo consente di ottimizzare la gestione delle batterie nei veicoli elettrici, contribuendo a renderli più sicuri e a prolungarne la durata. La spettroscopia di impedenza dell'Istituto Fraunhofer per la tecnologia di produzione e i materiali avanzati IFAM analizza in tempo reale i dati di misura dettagliati sullo stato della batteria durante il funzionamento. Ciò significa che le batterie possono essere utilizzate anche per applicazioni critiche per la sicurezza.
Configurazione del laboratorio per la misurazione computerizzata in tempo reale dell'impedenza in una cella di una batteria agli ioni di litio per analizzarne lo stato.
© Fraunhofer IFAM
Batterie potenti e sicure sono una componente fondamentale per il successo della mobilità elettrica. Per questo la misurazione della capacità e dello stato di una batteria è un fattore cruciale. Il metodo più informativo per farlo è la spettroscopia di impedenza. L'impedenza non può essere misurata direttamente, ma viene calcolata in base alla relazione tra corrente e tensione. L'impedenza fornisce informazioni sullo stato di carica (SoC) della batteria e permette di trarre conclusioni sul suo stato di salute (SoH, cioè la condizione interna della batteria, dove si trovano il catodo, l'anodo e l'elettrolita) o sul suo stato di sicurezza.
La raccolta di tutti i dati necessari richiede misure e metodi analitici che richiedono molto tempo. Inoltre, finora la misurazione dell'impedenza è stata possibile solo in stato di riposo. In genere possono essere necessari anche 20 minuti prima che i dati necessari per caratterizzare la batteria siano pronti e disponibili.
I ricercatori del Fraunhofer IFAM hanno sviluppato ulteriormente questo metodo sotto la guida di Fabio La Mantia. Ora, per la prima volta, la spettroscopia di impedenza dinamica consente di calcolare le misure relative allo stato della batteria durante il funzionamento in tempo reale e di renderle disponibili in tempo reale. Le informazioni così ottenute vanno ben oltre i semplici dati sulla capacità di carica o sul tempo di funzionamento residuo. Forniscono un quadro dettagliato, preciso e approfondito di ciò che accade all'interno della batteria. Ciò consente anche di prevedere la durata di vita potenziale delle celle della batteria.
Sebbene gli attuali indicatori di stato di carica della batteria - che sono incorporati nell'elettronica di bordo delle auto elettriche, ad esempio - effettuino misurazioni continue durante l'uso, offrono meno informazioni, sono molto più lenti a rispondere e non sono altrettanto precisi.
"In primo luogo, la spettroscopia di impedenza dinamica apre nuove possibilità per ottimizzare la gestione delle batterie, prolungandone così la durata. Inoltre, apre la strada all'utilizzo di queste batterie in applicazioni critiche per la sicurezza", spiega Hermann Pleteit, responsabile del progetto.
Metodo di misurazione ad alta risoluzione e analisi diretta
Con questo metodo innovativo, la corrente di scarica o di carica viene sovrapposta a un segnale di prova multifrequenza. Le diverse frequenze consentono di trarre conclusioni sullo stato di alcuni componenti o processi all'interno della batteria. Il segnale di risposta della corrente e della tensione viene misurato fino a un milione di volte al secondo. Tutti i dati provenienti dal metodo di misurazione ad alta risoluzione confluiscono in un sistema di elaborazione dati in funzione contemporaneamente. Un programma software utilizza queste informazioni per calcolare l'evoluzione dei valori di impedenza e per trarre conclusioni sullo stato della cella della batteria in questione.
Per ottenere risultati in tempo reale nonostante l'enorme volume di dati generato dalle misurazioni ad alta risoluzione, i ricercatori del Fraunhofer hanno escogitato un altro ingegnoso trucco. "Abbiamo sviluppato algoritmi che riducono in modo significativo il volume dei dati prima dell'analisi, senza eliminare le informazioni rilevanti", spiega Pleteit. In linea con questi progressi, il controllo in tempo reale di tutti gli aspetti dello stato della batteria attraverso la spettroscopia di impedenza offre vantaggi significativi.
Spegnimento rapido delle celle surriscaldate
I sistemi di gestione delle batterie possono utilizzare i dati di impedenza per registrare immediatamente quando una cella si surriscalda localmente durante la guida, ad esempio. A quel punto è sufficiente spegnere la cella o ridurre la potenza. In questo modo si elimina la necessità di utilizzare i sensori di temperatura convenzionali, che sono collocati all'esterno della cella della batteria e registrano i problemi termici con un certo ritardo. A quel punto, spesso è troppo tardi per evitare che la cella venga danneggiata.
Ci sono anche vantaggi per i caricabatterie per veicoli elettrici. Ad esempio, questa tecnologia potrebbe essere utilizzata per decidere tra una ricarica extra-veloce e una più lenta, ma che riduce l'usura della batteria. Durante una breve pausa in un'area di sosta, il sistema di gestione della batteria carica rapidamente la batteria, assicurando al contempo che non vi siano pericolosi picchi di temperatura e che i componenti interni non siano eccessivamente sollecitati. Se il veicolo è collegato a un caricabatterie per diverse ore, il sistema di gestione carica la batteria lentamente per ridurre l'usura e prolungarne la durata.
Applicazione per le energie rinnovabili e l'aviazione
I fornitori di energie rinnovabili come l'eolico o il fotovoltaico, che hanno bisogno di compensare le fluttuazioni nella produzione di elettricità con l'accumulo di energia, hanno a disposizione sistemi di moduli batteria stabili che possono essere controllati in ogni momento grazie alla tecnologia Fraunhofer.
Il monitoraggio in tempo reale dello stato delle batterie consentirà di utilizzarle anche in scenari critici per la sicurezza. "Questo tipo di sistemi potrebbe essere utilizzato, ad esempio, negli aerei elettrici ecologici. Questo mercato è ancora agli inizi. Anche l'industria navale sta segnalando interesse per questa tecnologia", afferma Pleteit.
La spettroscopia di impedenza non è adatta solo alle batterie agli ioni di litio che si trovano comunemente oggi. Questo metodo può essere applicato anche alle batterie allo stato solido, agli ioni di sodio o al litio-zolfo, o a qualsiasi altra tecnologia futura.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Altre notizie dal dipartimento scienza
Le notizie più lette
Altre notizie dagli altri portali
Vedere i mondi tematici per i contenuti correlati
Mondo Tematico della Spettroscopia
L'analisi attraverso la spettroscopia ci offre prospettive uniche sulla composizione e sulla struttura dei materiali. Dalla spettroscopia UV-Vis alla spettroscopia infrarossa e Raman, fino alla spettroscopia di fluorescenza e di assorbimento atomico - la spettroscopia ci fornisce un'ampia gamma di tecniche analitiche per caratterizzare le sostanze con precisione. Immergiti nell'affascinante mondo della spettroscopia!
Mondo Tematico della Spettroscopia
L'analisi attraverso la spettroscopia ci offre prospettive uniche sulla composizione e sulla struttura dei materiali. Dalla spettroscopia UV-Vis alla spettroscopia infrarossa e Raman, fino alla spettroscopia di fluorescenza e di assorbimento atomico - la spettroscopia ci fornisce un'ampia gamma di tecniche analitiche per caratterizzare le sostanze con precisione. Immergiti nell'affascinante mondo della spettroscopia!
