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Resistencia interna de las baterías: soluciones completas de análisis y optimización

Resistencia interna de las baterías: soluciones completas de análisis y optimización

Resistencia interna de la batería es un parámetro importante que afecta al rendimiento de la batería. Determina la eficiencia de conversión de energía, la capacidad de descarga y la vida útil de la batería. En sectores como los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía en baterías, la resistencia interna de las baterías afecta directamente a la eficiencia energética general, la resistencia y la seguridad. Por lo tanto, comprender el origen, el impacto, la medición y los métodos de optimización de la resistencia interna de las baterías es crucial para mejorar su rendimiento.

Índice
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¿Qué es la resistencia interna de la batería?

Definición de resistencia interna de una pila

La resistencia interna de la batería se refiere a la resistencia de la batería al flujo de corriente. Incluye la resistencia combinada de componentes como materiales para bateríaselectrodos y electrolitos (hallar el top 10 fabricantes de electrolitos para baterías de ión litio). Una menor resistencia interna significa una mejor eficiencia de transmisión de corriente, mientras que una mayor resistencia interna provocará pérdidas de energía y problemas de calentamiento. La resistencia interna de la batería suele medirse en miliohmios (mΩ), y los métodos de medición incluyen la medición de la impedancia de CA (EIS), el método de caída de tensión de CC, la prueba del medidor LCR, etc.

¿Qué significa resistencia interna en una pila?

Clasificación de la resistencia interna de la batería

  • Resistencia óhmica: determinada por los electrodos, el electrolito, los materiales conductores, etc. del interior de la batería, que afectan principalmente a la caída de tensión instantánea.
  • Resistencia a la polarizaciónla resistencia causada por las reacciones electroquímicas durante el proceso de carga y descarga de la batería afecta al rendimiento dinámico de la misma.
  • Resistencia interna CA y CC: La resistencia interna de CA suele utilizarse para evaluar la impedancia a corto plazo, mientras que la resistencia interna de CC se aproxima más al rendimiento de la batería en condiciones de trabajo reales.

Factores que afectan a la resistencia interna de la batería

  • Temperaturaalta temperatura reducirá la resistencia interna, pero puede acelerar el envejecimiento de la batería, mientras que la baja temperatura aumentará la resistencia interna y afectará al rendimiento de descarga.
  • Estado de carga y descargael estado de carga (SOC) afectará a la resistencia interna. Normalmente, la resistencia interna es baja en el rango de SOC medio, y alta en el estado de carga baja o completa.
  • Envejecimiento de la bateríaA medida que aumenta el número de ciclos, los cambios de material y las reacciones secundarias en el interior de la pila aumentan la resistencia interna y afectan al rendimiento.
Las temperaturas afectan a la resistencia interna de la batería

¿Qué impacto tendrá la resistencia interna de la batería?

Impacto en la vida útil de la batería

Una mayor resistencia interna hará que la batería genere más calor durante su uso, acelerará su envejecimiento y acortará su vida útil.

Impacto en el rendimiento de la batería

Caída de tensión: Una mayor resistencia interna provocará una mayor caída de tensión, lo que afectará a la potencia de salida de la batería.
Generación de calor: Una mayor resistencia interna provocará una mayor pérdida de energía, aumentará la temperatura de la batería e incluso puede provocar un desbordamiento térmico.

Impacto en los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía

En el campo de los vehículos eléctricos, una resistencia interna elevada puede reducir el rendimiento de aceleración y la resistencia. En los sistemas de almacenamiento de energía, una resistencia interna elevada afectará a la eficiencia de conversión de la energía y a la estabilidad a largo plazo.

Impactos de la resistencia interna de la batería

¿Cómo medir la resistencia interna de la batería?

Métodos habituales para medir la resistencia de las baterías

Método de medición de la resistencia interna por descarga de CC

Mide la caída de tensión durante la descarga de grandes corrientes, lo que resulta adecuado para la detección rápida en aplicaciones prácticas. Específico
La resistencia interna se calcula aplicando una gran corriente (40A-80A) durante un breve periodo de tiempo (2-3 segundos) y midiendo la tensión a través de la batería. Este método tiene una gran precisión (el error puede controlarse dentro de 0,1%), pero se ve afectado fácilmente por la polarización y puede dañar la batería, por lo que es adecuado para baterías de gran capacidad.

Método de medición de la resistencia interna a la caída de tensión alterna

Las características de impedancia de la batería se comprueban mediante señales de CA de distintas frecuencias, lo que resulta adecuado para la investigación en laboratorio. Concretamente, se utiliza una frecuencia fija (como 1kHz) y una corriente pequeña (50mA) para medir la impedancia de la pila. Este método tiene un tiempo de medición muy corto (unos 100 ms) y es adecuado para todo tipo de baterías, pero se ve fácilmente afectado por la corriente de rizado y las interferencias armónicas, lo que pone a prueba la capacidad antiinterferente del equipo de medición.
Además, medidores LCR y comprobadores especiales de resistencia interna, que pueden utilizarse para la producción y la inspección de calidad.

Método para calcular la resistencia interna de la batería

Cálculo según la fórmula R=U/I:

  1. Mida la tensión en circuito abierto U1.
  2. Descarga con una resistencia fija R en paralelo.
  3.  Registre la tensión de la batería U2 después de la descarga.
  4. Calcula la resistencia interna: r = (U1 - U2) / (U2 / R). Por ejemplo, si U1 = 12V, U2 = 10V, y la resistencia en paralelo R = 10Ω, entonces r = (12-10) / (10/10) = 2Ω.

En general, cuanto mayor es la resistencia interna, peor es la capacidad de carga de la pila. Las pilas de alta potencia (como las pilas de potencia) tienen una resistencia interna menor, mientras que las pilas de baja potencia (como las pilas de 9 V) tienen una resistencia interna relativamente grande. La medición razonable y la optimización de la resistencia interna son esenciales para mejorar rendimiento de la batería y vida útil.

Métodos para medir la resistencia de las baterías

Métodos para reducir la resistencia interna de las baterías

La resistencia interna de las baterías de litio afecta directamente a su rendimiento de carga y descarga, a su eficiencia de conversión de energía y a su vida útil. Para reducir la resistencia interna y mejorar el rendimiento de la batería, se pueden tomar las siguientes medidas:

  • Optimizar los materiales de los electrodos: Utilizar materiales de electrodos altamente conductores, porosos o nanoestructurados para mejorar la eficacia de transmisión de electrones e iones y reducir la resistencia óhmica interna.
  • Aumentar la conductividad iónica del electrolito: Seleccione un electrolito de alta conductividad o añada aditivos especiales para mejorar la migración de iones. Al mismo tiempo, la aplicación de electrolitos sólidos también puede reducir la resistencia interna.
  • Mejorar el rendimiento del diafragma: Optimizar la estructura del diafragma, por ejemplo aumentando la porosidad o utilizando diafragmas multicapa para reducir la resistencia a la transmisión de iones.
  • Temperatura de control: Mantenga la batería dentro del rango óptimo de temperatura de funcionamiento mediante un eficaz sistema de gestión térmica para reducir el aumento de la resistencia interna provocado por los cambios de temperatura.
  • Optimizar el diseño de la estructura de la batería: Utilice una estructura apilada, reduzca el grosor de las piezas polares, optimice el diseño de las orejas polares, etc. para acortar la trayectoria de la corriente y reducir la resistencia de contacto.
  • Optimizar el sistema de gestión de baterías (BMS): Mediante una gestión inteligente, controla la temperatura de funcionamiento y el estado de carga y descarga de la batería para reducir el crecimiento de la resistencia interna.

Comparación de la resistencia interna de distintos tipos de baterías

Batería de iones de litio frente a batería de plomo-ácido

Comparación entre batería de ión-litio frente a la de plomo-ácidoLa batería de iones de litio tiene una menor resistencia interna y una mayor eficiencia de conversión de energía, mientras que la batería de plomo-ácido tiene una mayor resistencia interna, lo que se traduce en una menor potencia de salida.

Diferentes sistemas químicos (NCM, LFP)

Las baterías de litio hierro fosfato (LFP) suelen tener una resistencia interna mayor que las de litio ternario (NCM)pero mayor seguridad.

Impacto del envejecimiento de la batería

 Los distintos tipos de baterías tienen diferentes tendencias de crecimiento de la resistencia interna tras el uso cíclico. La tasa de crecimiento de la resistencia interna de las baterías NCM suele ser más rápida, mientras que las baterías LFP son más estables.

Conclusión

La resistencia interna de las baterías tiene un impacto importante en su rendimiento, vida útil y escenarios de aplicación. Optimizando los materiales, mejorando los procesos de fabricación y reforzando la gestión de las baterías, se puede reducir eficazmente la resistencia interna y mejorar la eficiencia energética global de la batería.
 
Con el avance de la tecnología de las baterías, en el futuro se lograrán mayores avances en el control de la resistencia interna, lo que mejorará el rendimiento y la fiabilidad de los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía.

PREGUNTAS FRECUENTES

La resistencia interna de una pila varía significativamente en función de su tipo, tamaño, materiales y diseño. A continuación se indican los rangos típicos de los tipos de pilas más comunes:
Baterías de plomo-ácido: Generalmente por debajo de 10 miliohmios (mΩ), con los de alta calidad tan bajos como 6 mΩ.
Baterías de iones de litio: Tipos estándar (por ejemplo, 18650): 12-30 mΩ para modelos de alto rendimiento, y hasta 50 mΩ para pilas de uso general .
Baterías de litio de tipo eléctrico (utilizadas en vehículos eléctricos): A menudo por debajo de 15 mΩ para soportar altas corrientes de descarga .
Pilas de níquel-cadmio (NiCd): Resistencia interna extremadamente baja (similar a la del plomo-ácido), lo que permite una carga rápida y una descarga de alta corriente .
Pilas de níquel-hidruro metálico (NiMH): Ligeramente superior al NiCd, normalmente 20-50 mΩ .
Pilas de combustible de hidrógeno-oxígeno (ya obsoletas): Resistencia inicial excepcionalmente baja (~10 mΩ), que disminuye aún más durante la descarga .

1. Mejoras a nivel material

  • Utilizar materiales de electrodos de alta conductividad (por ejemplo, compuestos de silicio-carbono, materiales ternarios de alto contenido en níquel).
  • Utilizar electrolitos de baja viscosidad para mejorar la movilidad de los iones.
  • Optimizar el grosor y la porosidad del separador para minimizar la resistencia al transporte de iones.

2. Mejoras de diseño y fabricación

  • Aumentar el número de lengüetas de electrodos y acortar el recorrido de la corriente.
  • Mejore la uniformidad de los electrodos con técnicas avanzadas de revestimiento y calandrado.
  • Utilice la soldadura láser para conseguir conexiones más estancas y una menor resistencia de contacto.

3. Gestión térmica

  • Mantener una temperatura de funcionamiento óptima (20-40°C) para mejorar la conductividad del electrolito y reducir la resistencia a la polarización.

Baterías de iones de litio

Las baterías modernas de fosfato de hierro y litio (LFP) y las de polímero de litio de alto rendimiento presentan la resistencia más baja (tan baja como 6-12 mΩ), lo que las hace ideales para aplicaciones de alta potencia como los vehículos eléctricos .
Pilas de níquel-cadmio (NiCd)

Históricamente conocida por su resistencia ultrabaja (~10 mΩ), adecuada para herramientas y aviación a pesar de las preocupaciones medioambientales .
Pilas de combustible de hidrógeno-oxígeno

Logró <10 mΩ pero se enfrentó a retos de seguridad y costes.
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Chase Wu
Hola, soy Chase. Estoy especializado en ofrecer información detallada y las últimas actualizaciones sobre sistemas de intercambio de baterías eléctricas de dos y tres ruedas, desde la tecnología de las baterías de litio hasta las soluciones de intercambio inteligente. Mi objetivo es desglosar conceptos técnicos complejos en contenidos claros y accesibles, ayudando a empresas y particulares a navegar por el cambiante panorama de la movilidad eléctrica y la energía sostenible.
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