リチウムイオン電池セルの欠陥を検査する方法

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+ バッテリー自己放電アナライザ

自己放電電流を使用したセルスクリーニング

自己放電電流に基づくリチウムイオンセルのスクリーニングでは、異常な電流挙動を通常のセル集団から切り離すことができるよう、同等の電気的、熱的、および充電状態（SOC）の条件下でセルを測定する必要があります。ポテンシオスタット法では、まず低ノイズで安定した直流電源を各セルの開放電圧（OCV）に厳密に一致させるように調整します。次に、その電源を低電流測定経路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。内部の自己放電によってセルから電荷が失われ続けますが、外部電源が電流を供給してその電荷を補充します。電源とセルが平衡状態に近づくにつれて、外部から供給される電流がセルの自己放電電流となります。リチウムイオンセルのスクリーニングにおいて、エンジニアはこの電流を複数のセル間で比較し、個々の電流対時間の波形がメインのセル集団とどのように関連しているかを観察できます。持続的に高い自己放電を示すセルは、すべてのチャネルが最終的な平衡値に達する前に、正常に動作するセルから選別することができます。直接的な自己放電電流測定により、代わりに時間の経過に伴う電荷損失の測定値が得られます。

電池の欠陥検出にこの手法を適用する際には測定条件を制御する必要があります。セルおよび環境の挙動により、最終的な自己放電電流とは無関係の電流過渡現象が生じる可能性があるためです。充電または放電に続く電荷の再分配は、整定動作の原因の1つです。温度も重要なもう1つの変数です。リチウムイオンセルの電圧は摂氏1度あたり数十マイクロボルトを超える温度依存性を示す場合があり、セル電圧の変化は測定された自己放電電流に対応する変動を引き起こす可能性があります。また、充電状態（SOC）もリチウムイオンセルの自己放電に影響を与えます。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一方で、セルの電圧温度係数は一般的に上昇するためです。プログラマブル直列抵抗を使用することで、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間のトレードオフを調整できます。これらの変数が複数のチャネルで一貫して制御されている場合、集団ベースの電池製造テストデータを使用して、過剰な自己放電を示すセルをメインの集団から区別し、後続のエンジニアリング分析のために、関連する電流、電圧、および温度の履歴を保持することができます。

リチウムイオン電池セル製造向けスクリーニングソリューション

同等のポテンシオスタット条件下で複数のリチウムイオンセルの自己放電電流を測定し、全体のセル集団に対する各電流波形を評価することによってスクリーニングテストを実行します。キーサイトの自己放電アナライザは最大32個の同時測定チャネルを備えており、製造アプリケーションにおける並列リチウムイオンセルスクリーニングを直接サポートします。サーミスタ測定ポートによりテスト中のセル温度の追跡が可能になり、プログラマブル直列抵抗によって整定時間および外部影響に対する感度を最適化する手段が提供されます。内蔵のロギング機能により、測定開始後のセルの電圧、電流、および温度が継続的に記録されます。自己放電解析ソフトウェアは、アナライザの設定および結果として得られるマルチセル測定の評価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。電池製造テストアプリケーションにおいて、エンジニアは複数の電流波形を同時に表示し、自己放電のメイン集団から乖離しているセルを特定できます。

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