Comment mesurer le courant d'autodécharge d'une cellule lithium-ion
Mesurer directement le courant d'autodécharge d'une cellule
La mesure du courant d'autodécharge d'une cellule lithium-ion par la méthode potentiostatique nécessite une source de courant continu à faible bruit et très stable, un microampèremètre capable de détecter des courants très faibles, ainsi que des conditions de fonctionnement contrôlées de la cellule. La mesure commence avec une cellule au repos dont la tension en circuit ouvert (OCV) s'est stabilisée après une charge ou une décharge. La source de courant continu est réglée pour correspondre aussi étroitement que possible à cette tension en circuit ouvert avant d’être connectée à la cellule. Une fois connectée, la source maintient la cellule à une tension et à un état de charge (SOC) pratiquement constants, tandis que le microampèremètre mesure le courant circulant entre la source et la cellule. À mesure que la cellule poursuit son processus d’autodécharge interne, la source externe fournit progressivement la charge qui, sans cela, serait perdue par la cellule. Une fois que la source et la cellule ont atteint l’équilibre, le courant fourni de l’extérieur correspond au courant d’autodécharge de la cellule, ce qui permet de mesurer directement la perte de charge au fil du temps. Cette mesure d’autodécharge potentiostatique diffère de la méthode delta-OCV, qui déduit l’autodécharge à partir d’une faible diminution de tension sur un intervalle prolongé. La tension d’une cellule lithium-ion ne variant que très légèrement sur une grande partie de sa plage d’état de charge (SOC), les tests delta-OCV peuvent nécessiter plusieurs jours, voire plusieurs semaines, de surveillance. La mesure directe du courant d’autodécharge permet en revanche de déterminer le courant associé à la perte de charge et d’obtenir un résultat exploitable en quelques heures, voire moins, selon l’état de la cellule et l’objectif de la mesure.
La préparation de la cellule et le contrôle de l’environnement déterminent la rapidité avec laquelle le courant mesuré s’établit au niveau réel d’autodécharge. Après une charge ou une décharge, la redistribution de la charge au sein de la cellule peut se poursuivre pendant une période prolongée ; une cellule qui n’a pas atteint l’équilibre peut, dans un premier temps, fournir ou absorber un courant supplémentaire qui s’atténue avec le temps et se superpose au courant d’autodécharge souhaité. La température doit également rester stable, car la tension d’une cellule lithium-ion présente un coefficient de température pouvant entraîner des variations de plusieurs dizaines de microvolts par degré Celsius. L’état de charge influe également sur la mesure : l’autodécharge diminue considérablement lorsque l’état de charge (SOC) est faible, ce qui rend le courant plus difficile à déterminer, tandis que le coefficient de température de la tension augmente généralement. Pendant l’acquisition, les ingénieurs doivent enregistrer en continu le courant, la tension et la température de la cellule afin de pouvoir évaluer la stabilisation du courant en fonction des conditions environnementales et électriques. Les courbes courant-temps ainsi obtenues montrent la progression vers l’équilibre ; lorsqu’une courbe se stabilise, la source externe fournit le courant d’autodécharge de la cellule. Dans l’exemple documenté portant sur des cellules 18650, une cellule de 2,4 Ah s’est stabilisée à environ 7 µA au bout de deux heures, tandis que les cellules présentant une autodécharge excessive se sont démarquées du reste de la population en quelques minutes. Pour les essais d’autodécharge de batteries lithium-ion multicellulaires, la comparaison de courbes de courant alignées aide également les ingénieurs à distinguer le comportement normal de la population d’une autodécharge anormalement élevée, tout en conservant les enregistrements de tension et de température pour replacer les mesures dans leur contexte.
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