Come individuare le celle agli ioni di litio con elevata autoscarica
Identificare le celle con un'autoscarica eccessiva
Il rilevamento di un’autoscarica elevata inizia con la misurazione diretta della corrente di autoscarica delle celle agli ioni di litio a riposo, in condizioni elettriche e termiche stabili. Nel metodo potenziostatico, una sorgente di corrente continua a basso rumore viene innanzitutto regolata in modo da corrispondere il più possibile alla tensione a circuito aperto (OCV) della cella. La sorgente viene quindi collegata alla cella tramite un percorso di misurazione a bassa corrente e mantiene la cella a tensione e stato di carica (SOC) sostanzialmente costanti. Man mano che l’autoscarica interna prosegue, la sorgente esterna fornisce la corrente necessaria a sostituire la carica che si sta perdendo all’interno della cella. Una volta che la sorgente e la cella raggiungono l’equilibrio, questa corrente fornita esternamente rappresenta la corrente di autoscarica della cella. Per il rilevamento di un’autoscarica elevata, è possibile confrontare l’andamento della corrente in funzione del tempo delle singole celle all’interno di una popolazione di celle, anziché attendere che ciascuna cella raggiunga il proprio valore di equilibrio finale. Le celle con perdite anormalmente elevate possono iniziare a distinguersi dalla popolazione normale già nelle prime fasi della misurazione, rendendo la misurazione diretta della corrente di autoscarica adatta allo screening delle celle della batteria. La misurazione diretta della corrente fornisce una grandezza osservabile diversa: la velocità con cui si sta perdendo la carica.
Un'analisi affidabile dell'autoscarica delle celle agli ioni di litio richiede anche il controllo dei fattori che possono generare correnti transitorie o fluttuanti non correlate al livello finale di autoscarica della cella. Le celle devono essere state sufficientemente a riposo dopo la carica o la scarica, poiché la ridistribuzione della carica all'interno della cella continua fino a quando la carica non raggiunge l'equilibrio in tutta la sua struttura interna. Se una cella non si è completamente stabilizzata, inizialmente potrebbe fluire una corrente aggiuntiva in entrata o in uscita dalla cella, per poi decadere in modo esponenziale, influenzando potenzialmente l’interpretazione dei primi dati di misurazione. La temperatura è un’altra variabile di misurazione, poiché la tensione delle celle agli ioni di litio può variare di molte decine di microvolt per grado Celsius. Anche lo stato di carica (SOC) influenza il test, poiché l’autoscarica delle celle agli ioni di litio diminuisce notevolmente a bassi livelli di SOC e diventa più difficile da misurare. Durante lo screening delle celle della batteria, gli ingegneri dovrebbero quindi monitorare continuamente la corrente, la tensione della cella e la temperatura e valutare comportamenti anomali della corrente nel contesto di questi parametri. È inoltre possibile utilizzare una resistenza in serie programmabile per bilanciare il tempo di assestamento della misurazione rispetto alla sensibilità a influenze esterne quali le variazioni di temperatura. Quando vengono misurate più celle in condizioni comparabili, i loro tracciati corrente-tempo forniscono una visione a livello di popolazione del comportamento di autoscarica.
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