リチウムイオン電池の自己放電電流の測定方法

+ バッテリー 自己放電アナライザー

セルの自己放電電流を直接測定する

ポテンショスタティック法を用いたリチウムイオン電池の自己放電電流の測定には、低ノイズで高安定性の直流電源、極めて微小な電流を測定できるマイクロアンペア計、および厳密に制御された電池条件が必要となります。測定は、充電または放電後に開回路電圧（OCV）が安定した、休止状態の電池から開始されます。直流電源は、セルに接続する前に、そのOCVに可能な限り近くなるよう調整される。接続後、電源はセルを実質的に一定の電圧および充電状態（SOC）に維持し、マイクロアンペア計は電源とセルの間で流れる電流を測定する。セルが内部の自己放電プロセスを続けるにつれて、外部電源は、そうでなければセルから失われるはずだった電荷を徐々に供給する。電源とセルが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等しくなり、これにより経時的な電荷損失を直接測定することが可能となる。この定電位法による自己放電測定は、長期間にわたるわずかな電圧低下から自己放電を推定するデルタOCV法とは異なる。リチウムイオンセルの電圧は、SOC範囲の大部分においてわずかにしか変化しないため、デルタOCV試験では数日から数週間にわたるモニタリングが必要となる場合があります。一方、自己放電電流の直接測定では、電荷損失に伴う電流を特定することができ、セルの状態や測定目的に応じて、数時間以内に実用的な結果を得ることができます。

セルの準備と環境制御によって、測定された電流が実際の自己放電レベルに落ち着くまでの速さが決まります。充電または放電後、セル内部での電荷の再分配は長期間にわたって続くことがあります。平衡状態に達していないセルは、当初、追加の電流を供給または吸収することがありますが、これは時間の経過とともに減衰し、所望の自己放電電流に重畳されます。また、リチウムイオンセルの電圧には温度係数があり、摂氏1度あたり数十マイクロボルトの変化が生じる可能性があるため、温度も安定している必要があります。充電状態（SOC）も測定に影響を与えます。SOCが低いと自己放電が大幅に減少するため、電流の分解能が低下する一方で、電圧の温度係数は一般的に増加します。データ取得中、エンジニアはセルの電流、電圧、温度を継続的に記録し、環境条件や電気的条件と併せて電流の安定化状況を評価できるようにする必要があります。その結果得られる電流対時間のトレースは、平衡状態への収束過程を示しています。トレースが横ばいになると、外部電源はセルの自己放電電流を供給している状態となります。記録された18650セルの例では、2.4 Ahのセルは2時間後に7 µA付近で安定しましたが、自己放電が過度であるセルは数分以内に主要な集団から外れました。多セルリチウムイオン電池の自己放電試験において、整列された電流トレースを比較することは、測定の文脈を把握するために電圧および温度の記録を保持しつつ、エンジニアが正常な群の挙動と異常に高い自己放電を区別するのにも役立ちます。

リチウムイオン電池の自己放電電流測定ソリューション

セルを開放電圧に合わせ、セルを一定の電圧および充電状態に維持するために供給される電流を測定することで、試験を実施します。キーサイトの自己放電測定ソリューションは、自己放電アナライザと自己放電解析ソフトウェアを組み合わせ、定電位法によるリチウムイオンセルの自己放電電流測定を実現します。このアナライザは、印加前にセルの開回路電圧（OCV）に測定電圧を合わせ、印加電圧の安定性を維持することで、定常状態到達時間を延長したり電流ノイズとして現れたりする外乱を低減します。ソフトウェアは、測定の設定や、記録された電流、電圧、温度の経時変化の分析を行うためのグラフィカルインターフェースを提供します。これらの機能を組み合わせることで、直接的な定電位自己放電測定をサポートすると同時に、エンジニアが定常状態を解釈し、安定した電流レベルを特定するために必要な電気的および熱的データを提供します。

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