自己放電の激しいリチウムイオン電池セルを見分ける方法

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過剰な自己放電を示すセルの特定

高い自己放電の検出は、安定した電気的および熱的条件の下で、休止状態にあるリチウムイオンセルの自己放電電流を直接測定することから始まります。定電位法では、まず低ノイズの直流電源を調整して、セルの開回路電圧（OCV）に厳密に一致させます。次に、この電源を低電流測定パスを介してセルに接続し、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。内部の自己放電が継続するにつれて、外部電源はセル内で失われる電荷を補填するために必要な電流供給を行います。電源とセルが平衡状態に近づいた後、この外部から供給される電流がセルの自己放電電流を表します。高い自己放電を検出する場合、各セルが最終的な平衡値に達するのを待つのではなく、個々のセルの電流対時間挙動をセル集団全体で比較することができます。異常な漏れ電流を持つセルは、測定の早い段階で通常の母集団から乖離し始めるため、自己放電電流の直接測定はバッテリーセルスクリーニングに適しています。直接電流測定により、電荷が失われる速度という別の観測量が得られます。

信頼性の高いリチウムイオンセルの自己放電スクリーニングには、セルの最終的な自己放電レベルとは無関係な、過渡電流や変動電流を引き起こす要因の制御も必要となります。充電または放電後、電荷が内部構造全体で平衡に達するにつれてセル内の電荷再分配が継続するため、セルは十分に休止している必要があります。セルが完全に休止していない場合、初期段階で追加の電流がセルに出入りし、その後指数関数的に減衰するため、初期の測定データの解釈に影響を与える可能性があります。リチウムイオンセルの電圧は摂氏1度あたり数数十マイクロボルトも変化する可能性があるため、温度ももう1つの測定変数です。また、リチウムイオンの自己放電は低SOC時に大幅に減少し、測定がより困難になるため、充電状態もテストに影響を与えます。したがって、バッテリーセルスクリーニングの間、エンジニアは電流、セル電圧、温度を継続的に監視し、これらのパラメータの文脈において異常な電流挙動を評価する必要があります。さらに、プログラマブル直列抵抗を使用して、測定の整定時間と、温度変化などの外部影響に対する感度とのバランスを取ることも可能です。複数のセルを同等の条件下で測定する場合、それらの電流対時間トレースは、自己放電挙動を母集団レベルで把握することを可能にします。

自己放電の多いセルの検出ソリューション

制御された定電位条件下で複数のリチウムイオンセルを測定し、その電流対時間挙動を通常の母集団と比較して、正常な母集団から乖離するセルを特定することにより、高い自己放電の検出を実行します。Keysight 自己放電アナライザは、自己放電電流の直接測定用に設計されており、最大32個のセルを同時に測定できるため、並行したバッテリーセルスクリーニングをサポートします。自己放電解析ソフトウェアは、複数のリチウムイオンセルにわたる測定の設定および解析を行うためのインタラクティブなグラフィカルインターフェースを提供します。文書化された16セルテストでは、過剰な自己放電を示す3つのセルが数分以内にメインの母集団から目に見えて乖離しました。このマルチトレース解析により、すべてのセルが最終的な平衡電流に必ずしも到達する前に高い自己放電の検出が可能になり、一方、保持された電圧および温度の測定値は、リチウムイオンバッテリーテスト中の過渡的または環境に起因する変動を解釈するためのコンテキストを提供します。

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