Es fácil pensar en una pila como en un cubo lleno de energía. Cuando queremos algo de energía, conectamos nuestro circuito y vertemos la energía. Sin embargo, esta analogía no tiene en cuenta la impedancia interna. Una analogía mejor es que las pilas son como botellas de agua. Cuando se vuelca una botella de agua, el agua no puede salir libremente porque una boquilla restringe el flujo. Del mismo modo, una pila tiene una impedancia interna que restringe el flujo de energía debido a factores como la edad, la calidad de los materiales y las imperfecciones en la construcción. Esta impedancia no es de naturaleza puramente resistiva, sino que también tiene componentes capacitivos, lo que supone un reto para la medición.

La impedancia interna refleja la calidad de la batería y su rendimiento a lo largo de su vida útil. Una batería con una impedancia interna más alta será menos eficiente y propensa a fallar antes de tiempo. Una impedancia interna elevada genera un exceso de calor durante el funcionamiento, lo que puede convertirse en un problema de seguridad si una batería entra en embalamiento térmico. Medir la impedancia interna antes del uso es una buena forma de identificar las celdas que pueden estar en riesgo de fallo. Hay varias formas de caracterizar la impedancia interna y cada una de ellas caracteriza un aspecto del rendimiento de forma ligeramente diferente.

Una técnica es la espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). Durante esta prueba se aplica una señal de CA a la batería en un amplio espectro de frecuencias y se mide la respuesta de la batería. Esta prueba puede llevar mucho tiempo, pero ofrece la imagen más completa del comportamiento de la impedancia dentro de la batería.

El método más utilizado es la resistencia interna de CA (ACIR). Dado que se trata de una técnica de CA, caracteriza la impedancia, aunque normalmente sólo se conserva la parte real o la resistencia. La ACIR es un subconjunto del proceso EIS, en el que la medición se realiza a una sola frecuencia, normalmente 1 kHz. Esto caracteriza el comportamiento de la señal pequeña, que es un buen indicador de la calidad de la batería y es mucho más rápido que el proceso EIS completo. El ahorro de tiempo hace que sea una prueba popular en el espacio de producción, donde cada batería debe pasar una especificación.

El último método es la resistencia interna de CC (DCIR), que también puede denominarse caracterización pulsada. En este método, sólo se miden los componentes resistivos, ya que se supone que la batería está representada por una tensión de circuito abierto ideal y una resistencia en serie, como se muestra en la figura 2:

Modelo de batería con resistencia interna de CC

Figura 2: Modelo de batería DCIR

Se aplica una corriente continua a la batería durante un tiempo determinado, se mide el cambio de tensión de la batería y se calcula la resistencia. En la figura 3 se muestra un gráfico que ilustra esta operación.

Gráficos de tensión y corriente de la resistencia interna de CC de la batería

Figura 3: Rutina de medición DCIR

Las corrientes utilizadas en el método DCIR suelen ser mucho mayores que en el método ACIR, por lo que se trata de una prueba más realista en términos de casos de uso, ya que las baterías suelen estar expuestas a altas corrientes repentinas. La resistencia interna de la batería es el mayor limitador de la capacidad de una batería para emitir grandes corrientes, por lo que es importante identificar una batería que no pueda funcionar en situaciones de corrientes elevadas. Lo ideal es disponer de un instrumento capaz de emitir impulsos de alta corriente mientras realiza mediciones de tensión sincronizadas. Las unidades de medida de fuente (SMU), como la Keithley 2461, son capaces de emitir con precisión pulsos de 10 A, al tiempo que miden la tensión resultante con una resolución de 6,5 dígitos. Estas SMU cuentan con un procesador de guiones de prueba (TSP®) que permite a los usuarios ejecutar una secuencia de pulsos DCIR completa y recibir datos calculados desde el panel frontal mediante la aplicación DCIR TSP.

Configuración y resultados de la prueba DCIR en una SMU de pantalla táctil gráfica Keithley 2461

Figura 4: Configuración y resultados de la prueba DCIR en una SMU de pantalla táctil gráfica Keithley 2461

La impedancia interna de una batería es un indicador clave de su calidad y de su rendimiento a lo largo de su vida útil. Se pueden utilizar tres métodos para medir la impedancia o resistencia de una pila, y cada uno de ellos proporciona información algo diferente. Comprender estos métodos puede ayudarle a asegurarse de que está obteniendo la información que necesita y espera.