Diagnosis of the aging mechanism of lead-acid batteries using an empirical equation
Diagnóstico de Mecanismo de Envelhecimento de Baterias de Chumbo-Ácido Empregando Equação Empírica

Luiz Alberto Vicari, Mauro Chierici Lopes
2021 Revista Virtual de Quimica  
The growing use of batteries in vehicles, energy storage and distribution systems has led to an intensive research of the estimation of their states of charge and of health, which are fundamental parameters for their safe and reliable use. As systems that exhibit nonlinear behavior and are subject to irregular operation conditions including charge and discharge, many methods and models of these systems have been proposed to improve their estimation. In addition, the identification of the
more » ... ation of the degradation mechanisms of the active material, which lead to the aging of batteries, is an additional challenge and this diagnosis can be used to increase its life cycle and decrease its maintenance costs. In this work, we employ an electrochemical model for simulating the discharge of lead-acid battery cells in different aging stages and with different degradation mechanisms, and we present an empirical equation that models the behavior of the capacity of these cells with the discharge current. Therefore, it can be employed to estimate their states of charge and of health. In addition, it is shown that the analysis of the parameters of this equation reveals the cell's aging mechanism, being a potential diagnosis tool. O crescente uso de baterias em veículos, sistemas de armazenamento e distribuição de energia levou a uma pesquisa intensa sobre a estimativa de seus estados de carga e saúde, parâmetros fundamentais para seu uso seguro e confiável. Como sistemas que apresentam comportamento não linear e estão sujeitos a condições de operação irregulares, incluindo carga e descarga, muitos métodos e modelos desses sistemas foram propostos para melhorar sua estimativa. Além disso, a identificação dos mecanismos de degradação do material ativo, que levam ao envelhecimento das baterias, é um desafio adicional e esse diagnóstico pode ser usado para aumentar seu ciclo de vida e diminuir seus custos de manutenção. Neste trabalho, empregamos um modelo eletroquímico para simular a descarga de células de bateria de chumbo-ácido em diferentes estágios de envelhecimento e com diferentes mecanismos de degradação, e apresentamos uma equação empírica que modela o comportamento da capacidade dessas células com a corrente de descarga. Portanto, pode ser empregada para estimar seus estados de carga e saúde. Além disso, mostra-se que a análise dos parâmetros dessa equação revela o mecanismo de envelhecimento da célula, sendo uma ferramenta potencial de diagnóstico.
doi:10.21577/1984-6835.20210007 fatcat:rl4krutdtffllpcopygc32uhfe