Wie man Lithium-Ionen-Zellen auf Defekte prüft

+ Batterie-Selbstentladungsanalysator

Siebzellen unter Verwendung des Selbstentladungsstroms

Die Prüfung von Lithium-Ionen-Zellen anhand ihres Selbstentladungsstroms erfordert Messungen unter vergleichbaren elektrischen, thermischen und Ladezustandsbedingungen, um Zellen mit abnormalem Stromverhalten von normalen Zellen zu unterscheiden. Bei der potentiostatischen Methode wird zunächst eine rauscharme, stabile Gleichstromquelle so eingestellt, dass sie die Leerlaufspannung (OCV) jeder Zelle genau erreicht. Die Quelle wird dann über einen Niedrigstrom-Messpfad mit der Zelle verbunden und hält die Zelle auf nahezu konstanter Spannung und konstantem Ladezustand (SOC). Die interne Selbstentladung entlädt die Zelle weiterhin, die externe Quelle ersetzt diese Ladung jedoch durch Stromzufuhr. Sobald sich Quelle und Zelle einem Gleichgewichtszustand annähern, entspricht der extern zugeführte Strom dem Selbstentladungsstrom der Zelle. Für die Prüfung von Lithium-Ionen-Zellen können Ingenieure diesen Strom über mehrere Zellen hinweg vergleichen und beobachten, wie sich die einzelnen Strom-Zeit-Kurven auf die Gesamtzellpopulation beziehen. Zellen mit dauerhaft erhöhter Selbstentladung lassen sich von normal funktionierenden Zellen unterscheiden, bevor jeder Kanal seinen endgültigen Gleichgewichtswert erreicht. Die direkte Selbstentladungsstrommessung ermöglicht stattdessen eine Messung des Ladungsverlusts über die Zeit.

Bei der Anwendung dieser Technik zur Batteriedefekterkennung müssen die Messbedingungen kontrolliert werden, da Zell- und Umgebungsverhalten Stromspitzen verursachen können, die nicht mit dem endgültigen Selbstentladungsstrom korrelieren. Eine Ursache für das Einschwingverhalten ist die Ladungsverteilung nach dem Laden oder Entladen. Auch die Temperatur spielt eine wichtige Rolle. Die Spannung von Lithium-Ionen-Zellen kann eine Temperaturabhängigkeit von mehreren zehn Mikrovolt pro Grad Celsius aufweisen, und Änderungen der Zellspannung können entsprechende Schwankungen im gemessenen Selbstentladungsstrom verursachen. Der Ladezustand beeinflusst die Selbstentladung von Lithium-Ionen-Zellen ebenfalls, da diese bei niedrigem Ladezustand deutlich abnimmt und schwieriger zu messen ist, während der Temperaturkoeffizient der Zellspannung im Allgemeinen zunimmt. Mithilfe eines programmierbaren Serienwiderstands lässt sich das Verhältnis zwischen Einschwingzeit und Empfindlichkeit gegenüber externen Einflüssen wie Temperaturänderungen anpassen. Werden diese Variablen über mehrere Kanäle hinweg konsistent kontrolliert, können anhand von Daten aus der Batterieherstellungspopulation Zellen mit übermäßiger Selbstentladung von der Hauptpopulation unterschieden und die zugehörigen Strom-, Spannungs- und Temperaturverläufe für nachfolgende technische Analysen gespeichert werden.

Screening-Lösung für die Lithium-Ionen-Zellenherstellung

Führen Sie den Screening-Test durch, indem Sie den Selbstentladungsstrom mehrerer Lithium-Ionen-Zellen unter vergleichbaren potentiostatischen Bedingungen messen und jeden Stromverlauf im Verhältnis zur Gesamtzellpopulation auswerten. Der Keysight Selbstentladungsanalysator bietet bis zu 32 simultane Messkanäle und unterstützt so das parallele Screening von Lithium-Ionen-Zellen in Fertigungsanwendungen. Ein Thermistor-Messanschluss ermöglicht die Überwachung der Zelltemperatur während des Tests, während ein programmierbarer Serienwiderstand die Optimierung der Einschwingzeit und der Empfindlichkeit gegenüber externen Einflüssen ermöglicht. Die integrierte Protokollierung zeichnet nach Messbeginn kontinuierlich Zellspannung, Strom und Temperatur auf. Die Selbstentladungsanalyse-Software bietet eine interaktive grafische Benutzeroberfläche zur Konfiguration des Analysators und zur Auswertung der resultierenden Mehrzellenmessungen. In Testanwendungen für die Batteriefertigung können Ingenieure mehrere Stromverläufe gleichzeitig anzeigen und Zellen identifizieren, die sich von der Hauptgruppe der selbstentladenden Zellen abgrenzen.

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