Come individuare eventuali difetti nelle celle agli ioni di litio
Selezione delle celle tramite la corrente di autoscarica
Lo screening delle celle agli ioni di litio basato sulla corrente di autoscarica richiede che le celle vengano misurate in condizioni elettriche, termiche e di stato di carica comparabili, in modo da poter distinguere i comportamenti anomali della corrente dalla popolazione normale delle celle. Con il metodo potenziostatico, una sorgente di corrente continua stabile e a basso rumore viene innanzitutto regolata per corrispondere il più possibile alla tensione a circuito aperto (OCV) di ciascuna 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. L’autoscarica interna continua a sottrarre carica alla cella, ma la sorgente esterna sostituisce tale carica fornendo corrente. Man mano che la sorgente e la cella si avvicinano all’equilibrio, la corrente fornita esternamente diventa la corrente di autoscarica della cella. Per lo screening delle celle agli ioni di litio, gli ingegneri possono confrontare questa corrente su più celle e osservare come i singoli tracciati di corrente in funzione del tempo si rapportino alla popolazione principale. Le celle che mostrano un’autoscarica persistentemente più elevata possono essere separate da quelle che si comportano normalmente prima che ogni canale raggiunga il proprio valore di equilibrio finale. La misurazione diretta della corrente di autoscarica fornisce invece una misura della perdita di carica nel tempo.
Le condizioni di misurazione devono essere controllate quando si applica questa tecnica al rilevamento dei difetti delle batterie, poiché il comportamento delle celle e dell’ambiente può produrre transitori di corrente non correlati alla corrente di autoscarica finale. La ridistribuzione della carica a seguito della ricarica o della scarica è una delle cause del comportamento di assestamento. La temperatura è un’altra variabile significativa. La tensione delle celle agli ioni di litio può presentare una dipendenza dalla temperatura dell’ordine di molte decine di microvolt per grado Celsius, e le variazioni della tensione delle celle possono causare corrispondenti fluttuazioni nella corrente di autoscarica misurata. Anche lo stato di carica influisce sull’autoscarica delle celle agli ioni di litio, poiché l’autoscarica diminuisce notevolmente a bassi livelli di SOC e diventa più difficile da misurare, mentre il coefficiente di temperatura della tensione delle celle generalmente aumenta. È possibile utilizzare una resistenza in serie programmabile per regolare il compromesso tra il tempo di assestamento della misurazione e la sensibilità a influenze esterne quali le variazioni di temperatura. Quando queste variabili vengono controllate in modo coerente su più canali, i dati dei test di produzione delle batterie basati sulla popolazione possono essere utilizzati per distinguere le celle che presentano un’autodiscarica eccessiva dalla popolazione principale e conservare le relative cronologie di corrente, tensione e temperatura per successive analisi ingegneristiche.
Soluzione di screening per la produzione di celle agli ioni di litio
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