Wie man Lithium-Ionen-Zellen mit hoher Selbstentladung erkennt

+ Batterie-Selbstentladungsanalysator

Zellen mit übermäßiger Selbstentladung identifizieren

Die Erkennung hoher Selbstentladung beginnt mit der direkten Messung des Selbstentladungsstroms von ruhenden Lithium-Ionen-Zellen unter stabilen elektrischen und thermischen Bedingungen. Bei der potentiostatischen Methode wird zunächst eine rauscharme Gleichstromquelle so eingestellt, dass sie der Leerlaufspannung (OCV) der Zelle möglichst genau entspricht. Die Quelle wird dann über einen Niedrigstrom-Messpfad mit der Zelle verbunden und hält die Zelle auf nahezu konstanter Spannung und konstantem Ladezustand (SOC). Mit fortschreitender interner Selbstentladung liefert die externe Quelle den Strom, der benötigt wird, um die in der Zelle verlorene Ladung zu ersetzen. Sobald sich Quelle und Zelle im Gleichgewicht befinden, entspricht dieser extern zugeführte Strom dem Selbstentladungsstrom der Zelle. Zur Erkennung hoher Selbstentladung kann das Strom-Zeit-Verhalten einzelner Zellen innerhalb einer Zellpopulation verglichen werden, anstatt zu warten, bis jede Zelle ihren endgültigen Gleichgewichtswert erreicht hat. Zellen mit ungewöhnlich hoher Selbstentladung können sich bereits früh in der Messung von der normalen Population abgrenzen, wodurch die direkte Messung des Selbstentladungsstroms für das Screening von Batteriezellen geeignet ist. Die Gleichstrommessung liefert eine weitere messbare Größe: die Rate des Ladungsverlusts.

Für eine zuverlässige Prüfung der Selbstentladung von Lithium-Ionen-Zellen ist die Kontrolle von Faktoren erforderlich, die transiente oder schwankende Ströme verursachen können, die nicht mit dem endgültigen Selbstentladungsgrad der Zelle zusammenhängen. Zellen sollten nach dem Laden oder Entladen ausreichend ruhen, da die Ladungsverteilung innerhalb der Zelle anhält, bis sich ein Ladungsgleichgewicht in ihrer gesamten internen Struktur einstellt. Ist eine Zelle nicht vollständig erholt, kann anfänglich zusätzlicher Strom in die Zelle hinein- oder aus ihr herausfließen und dann exponentiell abklingen, was die Interpretation der ersten Messdaten beeinträchtigen kann. Die Temperatur ist eine weitere Messvariable, da sich die Spannung von Lithium-Ionen-Zellen um viele zehn Mikrovolt pro Grad Celsius ändern kann. Auch der Ladezustand beeinflusst den Test, da die Selbstentladung von Lithium-Ionen bei niedrigem Ladezustand deutlich abnimmt und schwieriger zu messen ist. Während der Prüfung von Batteriezellen sollten Ingenieure daher Strom, Zellspannung und Temperatur kontinuierlich überwachen und ein anormales Stromverhalten im Kontext dieser Parameter bewerten. Programmierbare Serienwiderstände können verwendet werden, um die Einschwingzeit der Messung mit der Empfindlichkeit gegenüber externen Einflüssen wie Temperaturänderungen in Einklang zu bringen. Werden mehrere Zellen unter vergleichbaren Bedingungen gemessen, liefern ihre Strom-Zeit-Kurven einen Überblick über das Selbstentladungsverhalten auf Populationsebene.

Lösung zur Erkennung von Zellen mit hoher Selbstentladung

Die Erkennung hoher Selbstentladung erfolgt durch die Messung mehrerer Lithium-Ionen-Zellen unter kontrollierten potentiostatischen Bedingungen und den Vergleich ihres Strom-Zeit-Verhaltens. So lassen sich Zellen identifizieren, die sich von der normalen Zellpopulation abgrenzen. Der Keysight Selbstentladungsanalysator ist für die direkte Messung des Selbstentladungsstroms konzipiert und kann bis zu 32 Zellen gleichzeitig messen, wodurch das parallele Screening von Batteriezellen unterstützt wird. Die Selbstentladungsanalyse-Software bietet eine interaktive grafische Oberfläche zur Konfiguration und Analyse von Messungen an mehreren Lithium-Ionen-Zellen. Im dokumentierten Test mit 16 Zellen trennten sich drei Zellen mit übermäßiger Selbstentladung innerhalb weniger Minuten deutlich von der Hauptpopulation. Diese Mehrspuranalyse ermöglicht die Erkennung hoher Selbstentladung, bevor jede Zelle ihren endgültigen Gleichgewichtsstrom erreicht. Gleichzeitig liefern die Messwerte für Spannung und Temperatur Kontextinformationen zur Interpretation transienter oder umweltbedingter Schwankungen während der Lithium-Ionen-Batterieprüfung.

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