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

セルの自己放電電流を直接測定する

ポテンシオスタット法によるリチウムイオンセルの自己放電電流の測定には、低ノイズかつ高安定な直流電源、非常に微小な電流を分解できるマイクロアメータ、および制御されたセル条件が必要です。測定は、充電または放電後に開放電圧（OCV）が安定した、十分に休止させたセルから始まります。直流電源は、セルに接続される前にそのOCVにできる限り一致するように調整されます。接続されると、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、マイクロアメータは電源とセル之間を流れる電流を測定します。セルが内部自己放電プロセスを続ける間、外部電源はセルから失われるはずの電荷を段階的に供給します。電源とセルが平衡状態に達した後、外部から供給された電流はセルの自己放電電流に相当し、時間の経過に伴う電荷損失の直接的な測定値を提供します。このポテンシオスタット自己放電測定は、長期間にわたるわずかな電圧低下から自己放電を推測するデルタOCV法とは異なります。リチウムイオンセルの電圧はSOC範囲の大部分でわずかにしか変化しないため、デルタOCVテストでは数日から数週間のモニタリングが必要になる場合があります。一方、直接自己放電電流測定では、電荷の損失に関連する電流を分解し、セルの状態や測定目的に応じて数時間以内で有用な結果に到達できます。

セルの準備と環境制御によって、測定された電流が真の自己放電レベルに落ち着く速さが決まります。充電または放電の後、セル内の電荷の再分配が長期間にわたって継続する場合があります。平衡状態に達していないセルは、最初は時間の経過とともに減衰して目的の自己放電電流に重ね合わせられる追加の電流を供給または吸収する可能性があります。また、リチウムイオンセルの電圧には摂氏1度あたり数十マイクロボルトの変化を生じさせる温度係数があるため、温度も安定した状態で維持されなければなりません。充電状態（SOC）も測定に影響を与えます。低SOC時には自己放電が大幅に減少し電流の分解がより困難になる一方で、電圧の温度係数は一般的に上昇するためです。データ収集中、エンジニアはセルの電流、電圧、および温度を継続的に記録し、環境的および電気的条件と並行して電流の整定を評価できるようにする必要があります。得られた電流対時間の波形は平衡状態への接近を示しており、波形が横ばいになると、外部電源がセルの自己放電電流を供給していることになります。文書化された18650セルの例では、2.4 Ahのセルが2時間後に約7 µAで整定した一方、過剰な自己放電を示すセルは数分以内にメイン集団から分離しました。マルチセルリチウムイオン電池の自己放電テストでは、整列された電流波形を比較することも、測定のコンテキストのための電圧および温度の記録を保持しながら、通常の集団挙動と異常に高い自己放電をエンジニアが区別するのに役立ちます。

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

安定した直流電源をセルの開放電圧に一致させ、セルを定電圧および定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によってテストを実行します。キーサイトの自己放電測定ソリューションは、ポテンシオスタット方式によるリチウムイオンセルの自己放電電流測定のために、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たものです。アナライザは、印加前にセルの開放電圧（OCV）に印加測定電圧を一致させ、印加電圧の安定性を維持することで、整定時間を延長させ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、測定を設定し、時間の経過に伴って記録された電流、電圧、および温度を解析する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、直接的なポテンシオスタット自己放電測定がサポートされるとともに、整定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がエンジニアに提供されます。

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