温度に対するリチウムイオン電池の自己放電特性を評価する方法

+ バッテリー 自己放電アナライザー

自己放電電流と温度の相関関係

電池の自己放電測定における温度の影響を評価するには、セル電流、電圧、および温度を同時に観測する必要があります。これは、定電位法による自己放電測定が、比較的わずかな温度変化でも測定結果に影響を与える可能性のある電気的レベルで行われるためです。試験は、十分に休養させたリチウムイオンセルと、セルの開回路電圧（OCV）に厳密に合わせられた低ノイズで高安定な直流電源を用いて開始されます。この電源はマイクロアンペア計を介して接続され、セルを実質的に一定の電圧および充電状態（SOC）に維持します。内部の自己放電によって電荷が失われるにつれて、外部電源が補充電流を供給します。平衡状態に達すると、外部から供給される電流はセルの自己放電電流に相当します。リチウムイオンセルの電圧は温度に依存するため、この自己放電電流の測定中は、温度を常に監視する必要があります。安定した熱環境下では、温度に起因する外乱が少なくなり、電気的測定が平衡状態に近づきやすくなります。電流、電圧、温度の連続的かつ時間同期された記録は、電流の変動が温度変化と一致しているのか、あるいは電流が安定した自己放電レベルに向かって推移しているのかを評価するために必要なデータを提供します。

また、電池の温度試験では、熱電効果も制御する必要があります。これは、異なる金属間の電気的接続により、1℃あたり数十マイクロボルト程度の熱起電力が発生する可能性があるためです。セル端子はニッケルや、異種導体と接続した際にこのような電圧を発生させる他の金属でできている場合があります。両方のセル端子での接続により、反対方向の熱電電圧が生じますが、両端子が同じ温度にある場合は互いに打ち消し合います。しかし、端子間に温度差が生じると、正味の電圧が発生します。したがって、その温度差の変化は、測定される自己放電電流に相応の変動をもたらす可能性があります。リチウムイオンセルの試験においては、充電状態（SOC）もまた別の変数となります。したがって、SOCを適度に高くかつ一定に維持することで、温度に関連する電圧の影響を制御しつつ、低レベルの電流を評価するためのより適切な条件が整う。プログラム可能な直列抵抗を用いることで、測定の安定化時間や、温度変化などの外部要因に対する感度をさらに調整できる。データ取得中は、セルを熱的に安定した環境に保ち、端子間の温度差を最小限に抑える必要がある。測定システムは、セルの電流、電圧、温度を継続的に記録し、これら3つのパラメータを同一の時間間隔で検証できるようにすべきである。

温度を考慮した自己放電測定ソリューション

測定は、電位定電圧を安定に維持しながら、自己放電電流とセル温度を連続的に記録することで行います。これにより、温度変動と測定電流の変化との相関関係を把握することができます。キーサイトの自己放電アナライザは、このバッテリー自己放電測定ワークフローに必要な電気的安定性および温度測定機能を備えています。また、サーミスタ用の専用測定ポートも搭載されており、経時的なセル温度の測定が可能です。本アナライザは最大32個のセルを同時に測定可能であり、自己放電解析ソフトウェアは、測定の設定や記録された電流、電圧、温度の解析を行うための対話型グラフィカルインターフェースを提供します。バッテリー温度試験やリチウムイオンセル試験において、これらの機能により、エンジニアは、ポテンショスタティック測定に必要なマイクロボルトレベルの電圧条件を維持しつつ、測定された自己放電電流の変動がセル温度の変化と対応しているかどうかを検証することができます。

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