Lösungen für Batterietests: Effiziente Messungen für reproduzierbare Batterietestergebnisse

• Bis zu 32 Kanäle zur Messung des Selbstentladungsstroms in 4er-Schritten verfügbar
• Zellspannungsbereich: 0,5 bis +4,5 V
• Aktuelle Messgenauigkeit: ± (0,30 % + 250 nA)
• Genauigkeit der Spannungsmessung: ± (0,04 % + 0,1 mV)
• Spannungsstabilität: ± 3 μV Spitze (24 Stunden), ± 0,85 μV Spitze (1 Minute)
• Aktueller Messbereich: ± 10 mA

Der Selbstentladungsanalysator Keysight BT2152B misst direkt den Selbstentladungsstrom von Lithium-Ionen-Zellen. Er ermöglicht eine revolutionäre Zeitersparnis bei der Unterscheidung zwischen Zellen mit guter und schlechter Selbstentladungsleistung. Dies führt zu drastischen Reduzierungen des Bestands an unfertigen Erzeugnissen, der Betriebskosten und der Anlagenkosten für Zellhersteller.

Das Selbstentladungsanalysegerät misst präzise den Selbstentladungsstrom und die Zellspannung. Je nach Zellcharakteristika erfolgen die Messungen direkt innerhalb von Minuten oder Stunden, anstatt Tage oder Wochen mit Leerlaufspannungsmessungen zu benötigen, um intakte von defekten Zellen zu unterscheiden.

Der Selbstentladungsanalysator misst den Selbstentladungsstrom schnell und präzise mit einem potentiostatischen Messverfahren, das die für eine genaue Strommessung erforderlichen Eigenschaften aufweist:

• Minimale Störung der Zelle
  • Die an die Zelle angelegte Spannung wird schnell an die tatsächliche Zellspannung angepasst. Dadurch werden neue Lade- oder Entladevorgänge minimiert und somit auch neue RC-Einschwingvorgänge auf ein Minimum beschränkt.
  • Die an die Zelle angelegte Spannung ist sehr stabil (± 3 μVpk), um kontinuierliches Lade-Entladestromrauschen bei der Selbstentladungsstrommessung zu minimieren.
• Misst Selbstentladungsströme niedriger Stärke präzise bis auf ±(0,30% + 250 nA)

Prozessverbesserungen und Kosteneinsparungen bei Selbstentladungstests

Die Hersteller von Lithium-Ionen-Zellen halten weitaus mehr Zellen im Zwischenlager, als ihnen lieb ist, da sie Zeit benötigen, um ihre Zellen im Alterungsprozess zu halten.

Heutzutage wird der größte Teil der gesamten Alterungszeit häufig durch die Zeit verursacht, die benötigt wird, um festzustellen, ob das Selbstentladungsverhalten der Zellen innerhalb akzeptabler Grenzen liegt. Diese lange Zeitspanne ist auf die Dauer der Messung der Leerlaufspannungsänderung (ΔOCV) zurückzuführen. Durch die Verkürzung der Verweildauer der Zellen im Alterungsschritt als Halbfertigprodukte lassen sich Kosteneinsparungen erzielen, die sich direkt auf das Unternehmensergebnis auswirken.

Verbesserungen im Alterungsprozess und die daraus resultierenden Kosteneinsparungen durch die direkte Messung des Selbstentladungsstroms lassen sich erkennen, indem man ein typisches Modell des Entstehungs- und Alterungsprozesses bei der Zellherstellung untersucht und die traditionelle OCV-Methode mit der direkten Messung des Selbstentladungsstroms der Zellen vergleicht.

Traditionelle ΔOCV-Methode

Die Bestimmung von gutem und schlechtem Selbstentladungsverhalten erfolgt in zwei Schritten. Im ersten Schritt werden eindeutig gute und eindeutig schlechte Zellen anhand eines ΔOCV-Tests nach einer fünftägigen Alterungsphase von verdächtigen Zellen getrennt (ΔOCV = (OCV2 – OCV1)). Die als verdächtig eingestuften Zellen werden anschließend einer längeren Alterungsphase unterzogen, gefolgt von einem zweiten ΔOCV-Test (ΔOCV = (OCV3 – OCV2)). Die meisten Zellen benötigen mit diesem Verfahren eine kürzere Alterungsphase, die verdächtigen Zellen hingegen eine deutlich längere, um festzustellen, ob sie ein akzeptables Selbstentladungsverhalten aufweisen.

Direkte Selbstentladungsstrommessung

Die Bestimmung einer guten bzw. schlechten Selbstentladungsleistung basiert erneut auf einem zweistufigen Verfahren. Im ersten Schritt wird der gleiche ΔOCV-Test angewendet, wobei ΔOCV = OCV2 – OCV1. Anschließend wird bei den zu prüfenden Zellen die Selbstentladung direkt gemessen. Diese Messung dauert in der Regel etwa eine Stunde oder weniger, wodurch die üblicherweise sehr lange Alterungsphase von vier Wochen oder mehr entfällt.
Wenn 10 % der gesamten Zellproduktion als „verdächtig“ eingestuft werden und daher über den ersten ΔOCV-Test hinaus weitere Prüfungen oder Alterungstests erfordern, reduziert die direkte Selbstentladungsmessung die Gesamtalterungszeit für diese Zellen um ca. 81 % (7 statt 37 Tage). Durch den Wegfall des langen Alterungsschritts für verdächtige Zellen verringert sich die Gesamtzahl der zu alternden Zellen um 30 %. Dies wirkt sich direkt auf den Bestand an unfertigen Erzeugnissen und die Anlagenanforderungen aus.

Sie können ein Kosteneinsparungsmodell für Betriebskapital- und Anlagenkosten herunterladen, das die ΔOCV-Methode mit der direkten Selbstentladungsmessung (SDM) vergleicht. Dieses Modell wurde mit Microsoft Excel erstellt. Das Arbeitsblatt steht unten zum Download bereit und kann an Ihre individuellen Gegebenheiten für jeden Zellentyp angepasst werden.