Comment réduire la durée des tests d'autodécharge des batteries lithium-ion

+ Analyseur d'autodécharge des batteries

Accélérer les mesures du courant d'autodécharge

Pour réduire la durée des essais d’autodécharge des batteries lithium-ion, il faut mesurer directement le taux de perte de charge plutôt que d’attendre que cette perte entraîne une variation suffisamment importante de la tension de la cellule. La méthode traditionnelle du delta de tension en circuit ouvert (OCV) surveille la diminution de l’OCV d’une cellule alors que celle-ci reste déconnectée d’une charge. Comme les cellules lithium-ion présentent une autodécharge relativement faible et que leur tension varie très peu sur une grande partie de la plage d’état de charge (SOC), la diminution de tension qui en résulte est minime. Une mesure potentiostatique du courant d’autodécharge utilise en revanche une source de courant continu stable et à faible bruit, réglée pour correspondre à la tension en circuit ouvert (OCV) de la cellule. La source est connectée à la cellule via un microampèremètre et maintient la cellule à une tension et un état de charge (SOC) pratiquement constants. À mesure que la cellule continue de s’autodécharger, la source externe fournit progressivement le courant nécessaire pour compenser la charge perdue en interne. Lorsque la source et la cellule atteignent l’équilibre, le courant fourni de l’extérieur correspond directement au courant d’autodécharge. Cette mesure potentiostatique transforme la grandeur observable lors de l’essai, qui passe d’une différence de tension s’accumulant lentement à un courant représentant la perte de charge par unité de temps. Pour réduire la durée des essais d’autodécharge des batteries, il est également nécessaire de minimiser les mécanismes de stabilisation électriques et liés à la cellule.

La source de courant continu utilisée doit correspondre étroitement à la tension en circuit ouvert (OCV) de la cellule avant la connexion, car tout écart de tension modifie la charge de la cellule et allonge le temps nécessaire pour revenir à l’équilibre. La source doit ensuite rester stable au niveau des microvolts afin que la dérive de tension ne génère pas de fluctuations de courant supplémentaires. La préparation des cellules est tout aussi importante. La charge ou la décharge crée un gradient de charge au sein de la cellule, et la redistribution de charge qui s’ensuit produit un courant qui s’atténue à mesure que la distribution interne de la charge revient vers l’équilibre. Les tensions thermoélectriques aux jonctions entre métaux dissemblables peuvent introduire des erreurs supplémentaires si les deux bornes de la cellule sont soumises à des températures différentes. L’état de charge doit également être pris en compte, car l’autodécharge diminue considérablement à un faible état de charge (SOC) et devient plus difficile à mesurer, tandis que le coefficient de température de la tension augmente généralement. Un SOC raisonnablement élevé favorise des conditions de mesure plus pratiques. La résistance en série offre un autre moyen d’ajuster la réponse de mesure, car elle peut être programmée pour optimiser le temps de stabilisation et la sensibilité aux influences externes. La combinaison d’une correspondance précise de la tension en circuit ouvert (OCV), d’une tension potentiostatique stable, d’un repos approprié de la cellule, d’un contrôle de la température, d’un SOC adapté et d’un comportement de stabilisation surveillé permet à la mesure du courant d’autodécharge d’aboutir à un résultat interprétable sans recourir aux longs intervalles de décroissance de tension associés aux essais delta-OCV.

Solution de mesure de l'autodécharge accélérée

Le test consiste à adapter avec précision une source de courant continu stable à la tension en circuit ouvert de la cellule, puis à mesurer le courant nécessaire pour maintenir cette tension au fur et à mesure que la cellule s'autodécharge. L'analyseur d'autodécharge est spécialement conçu pour répondre aux exigences en matière de stabilité de tension, de résolution, de mesure de courant et de temps de stabilisation associées aux protocoles de test accélérés d'autodécharge des batteries lithium-ion. Un port de mesure par thermistance permet de suivre la température de la cellule tout au long de la mesure, tandis qu’une résistance en série programmable offre un moyen d’optimiser le temps de stabilisation de la mesure et la sensibilité aux influences externes telles que les variations de température. Le logiciel d’analyse d’autodécharge fournit une interface graphique permettant de configurer et d’analyser ces mesures. Ces fonctionnalités prennent en charge les protocoles de mesure potentiostatiques, dans lesquels le courant d’équilibre final ou une différenciation plus précoce des populations peuvent être sélectionnés en fonction de l’objectif de test requis.

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