온도에 따른 리튬 이온 배터리 자체 방전 특성 분석 방법

+ 배터리 자체 방전 분석기

자기 방전 전류와 온도의 상관관계

배터리 자체 방전 측정 시 온도 영향을 규명하려면 셀 전류, 전압 및 온도를 동시에 관측해야 합니다. 이는 전위정적(potentiostatic) 자체 방전 측정이 상대적으로 미세한 열적 변화만으로도 측정 결과에 영향을 미칠 수 있는 전기적 수준에서 이루어지기 때문입니다. 시험은 충분히 휴지된 리튬이온 셀과, 셀의 개회로 전압(OCV)에 가깝게 조정된 저잡음·고안정성 직류 전원을 사용하여 시작됩니다. 이 전류원은 마이크로암페어계를 통해 연결되며, 셀을 사실상 일정한 전압과 충전 상태(SOC)로 유지합니다. 내부 자체 방전으로 전하가 소모되면 외부 전류원이 이를 보충하는 전류를 공급합니다. 평형 상태에 도달하면, 외부에서 공급되는 전류는 셀의 자체 방전 전류와 일치합니다. 리튬 이온 셀 전압은 온도에 따라 달라지기 때문에, 이 자체 방전 전류 측정 과정 전반에 걸쳐 온도를 모니터링해야 합니다. 안정적인 열 환경에서는 온도로 인한 교란이 줄어들어 전기적 측정이 평형 상태에 가까워질 수 있습니다. 전류, 전압 및 온도에 대한 연속적이고 시간적으로 정렬된 기록은 전류 변동이 열적 변화와 일치하는지, 아니면 전류가 안정적인 자체 방전 수준으로 진행되고 있는지를 평가하는 데 필요한 데이터를 제공합니다.

배터리 온도 시험 중에는 열전 효과도 제어해야 하는데, 이는 서로 다른 금속 간의 전기적 연결로 인해 섭씨 1도당 수십 마이크로볼트 수준의 열에 의한 전압이 발생할 수 있기 때문이다. 셀 단자는 니켈이나 다른 금속으로 만들어질 수 있으며, 이러한 금속은 이종 도체와 연결될 때 상기 전압을 발생시킵니다. 양쪽 셀 단자의 연결부는 서로 반대 방향의 열전 전압을 발생시킬 수 있는데, 두 단자가 동일한 온도일 때는 이 전압들이 상쇄되지만, 단자 간 온도 차이가 발생하면 순전압이 생성됩니다. 따라서 이러한 온도 차이의 변화는 측정된 자체 방전 전류에 상응하는 변동을 일으킬 수 있습니다. 충전 상태(SOC)는 리튬 이온 셀 테스트에 또 다른 변수를 도입합니다. 따라서 SOC를 합리적으로 높고 일관되게 유지하면, 온도와 관련된 전압 영향을 제어하면서 저수준 전류를 평가하기에 더 적합한 조건을 마련할 수 있습니다. 프로그래밍 가능한 직렬 저항을 통해 측정 안정화 시간과 온도 변화와 같은 외부 영향에 대한 민감도를 추가로 조정할 수 있습니다. 데이터 수집 중에는 셀을 열적으로 안정된 환경에 두어야 하며, 단자 간의 온도 차이를 최소화해야 합니다. 측정 시스템은 셀 전류, 전압 및 온도를 지속적으로 기록하여, 이 세 가지 매개변수를 동일한 시간 간격으로 검토할 수 있도록 해야 합니다.

온도 감지형 자체 방전 측정 솔루션

안정적인 전위정적 전압을 유지하면서 자가 방전 전류와 셀 온도를 지속적으로 기록하여, 열적 변동을 측정된 전류의 변화와 연관 지을 수 있도록 측정을 수행합니다. 키사이트(Keysight) 자가 방전 분석기는 이러한 배터리 자가 방전 측정 워크플로우에 필요한 전기적 안정성 및 온도 측정 기능을 갖추고 있습니다. 또한 시간 경과에 따른 셀 온도를 측정하기 위한 서미스터 전용 측정 포트가 내장되어 있습니다. 이 분석기는 최대 32개의 셀에 대한 동시 측정을 지원하며, 자체 방전 분석 소프트웨어는 측정 설정을 구성하고 기록된 전류, 전압 및 온도를 분석할 수 있는 대화형 그래픽 인터페이스를 제공합니다. 배터리 온도 테스트 및 리튬 이온 셀 테스트에서 이러한 기능을 통해 엔지니어는 포텐시오스태틱 측정에 필요한 마이크로볼트 수준의 전압 조건을 유지하면서, 측정된 자체 방전 전류의 변동이 셀 온도의 변화와 일치하는지 확인할 수 있습니다.

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