缩短锂电池自放电测试时间

作者：Giacomo Tuveri EMEAI 营销行业经理汽车和能源解决方案事业部是德科技公司新实施的技术可以帮助您在短短几分钟内识别电池自放电性能是否良好，而不再像以前那样花上几周时间，因此能够帮助您节省成本并加快产品上市时间。

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随着电动汽车的普及，锂电池市场正在经历爆炸式增长。

这种趋势要求电池容量更高、性能更好。

优化电池评测的时间和成本变得至关重要。

电池自放电性能评测对电池成本和上市时间有重要影响，但评测过程非常耗时，现在出现了一种新的测试方法，可以大大节省评测时间、加快电池上市速度。

什么是自放电？它有什么重要意义？即使未连接任何负载，锂电池的储电量也会逐渐减少。

这个过程称为自放电。

图 1 显示了自放电的模型，自放电电流 I SD流经并联电阻 R SD。

未连接任何负载时，电池通过高值 R SD放电。

经过几个星期或几个月之后，这个自放电路径会消耗电池储存的相当一部分能量，从而导致 V CELL下降。

图 1. 自放电电池模型。

一定量的自放电是电池中发生化学反应的自然结果。

储存的能量渐渐损失，会导致电池可用容量比预期的低。

当多节电池组装成电池组时，电池自放电速率的差异会导致电池组内部的电池出现不平衡现象。

电池内部如果有漏电流路径，也可以引起自放电。

颗粒污染物和枝晶生长会在电池内部产生“微短路”，从而形成这种漏电流路径。

这些不是正常现象，它们可能导致电池发生灾难性故障。

自放电过大的电池说明其中有可能存在故障。

因此，在电池设计和制造过程中测量和评测自放电非常重要。

在电池的设计过程中，首要任务是消除可能导致自放电过大的因素。

在制造过程中，则必须尽早筛选出任何表现出自放电过高的电池。

开路电压法的挑战与缺陷通常，测试人员是通过测量电池的开路电压（OCV）随时间下降的特征来评测自放电性能。

使用电压表或数字万用表测量起来相当容易。

挑战不在于测量有多么复杂，而在于根据 OCV 的变化评测电池的自放电性能需要耗费太长时间。

与其他类型的可充电化学电池相比，锂电池的自放电程度相对较轻。

通常每个月仅损耗大约0.5% 到 1% 的电量。

由于 ISD 很小，一般损耗几微安到几百微安（取决于电池大小），电池的电压下降非常缓慢。

由于锂电池在放电时 OCV 的变化非常小，因此需要数周到数月的时间才能检测出电池的荷电状态（SOC）有较大损失，从而将合格电池与自放电过大的不合格电池区分开来。

设计人员、用户和制造商使用 OCV 方法快速测量其电池的自放电特性堪称一项挑战。

在单体电池测量上花费的时间不是很长，但要是在数周乃至数月内持续执行一系列此类测量，将会对设计周期产生很大影响。

在此评测过程中，设计人员必须在温度可控的条件下储存电池并跟踪其状态，因为电池电压在不同的温度下会发生变化。

这不仅限制了设计周期，还限制了上市时间。

如果一次设计迭代需要多个测试周期，那么延误的时间将随着测试周期的数量成倍增加。

新设计首次交货便发生延误，不仅会导致失去市场机会，甚至有可能将市场份额让给竞争对手。

在制造业中，自放电表征使在制品（WIP）数量大幅增加，同时也因为长时间储存大量电池而使得生产的复杂性和危险性极大增加。

对于较大容量的电池，这一问题更严重。

这类电池都是价值更高的存货，稳定时间比小容量电池更长，结果为库存带来更多风险。

恒电位法要测量电池的自放电性能，您很可能是直接测量电池的自放电电流。

在静态条件下，如果可以测量此电流，它会比等待 OCV 发送变化更快地告诉您电池是否合格。

OCV 方法测量电池开路电压随时间的变化，这是一种间接方法，也无法准确指示电池的自放电速率。

恒电位法如图 2 所示。

这种方法通过测量自放电电流 I SD来评测电池的自放电程度。

自放电速率直接用库伦每秒来表示。

换言之，它测量的是随时间损失的电荷数量。

与 OCV 法相比，这种方法可以在更短的时间内评测电池。

只需要数小时甚至更短的时间就能确定自放电电流。

将自放电电流过大的电池挑选出来所需的时间更少，一般不到一小时。

使用恒电位法，可设置低噪声、非常稳定的直流电源，以匹配电池的 OCV。

然后通过微安计将直流电源连接到电池，以测量直流电源和电池之间的电流。

电池继续自放电时，直流电源会介入，提供足够的电流使电池保持恒定电压和 SOC。

当直流电源与电池达到均衡状态时，I SD从电池内部转换为由直流电源完全从外部提供。

然后，可以使用微安计直接测量 I SD。

图 2. 恒电位法通过测量 I SD来评测电池的自放电。

新的恒电位解决方案是德科技与电池设计人员和制造商合作，共同应对自放电测量方面的挑战，创造了两种新的解决方案：BT2191A 自放电测量系统和 BT2152A 自放电分析仪。

两种解决方案均采用恒电位技术，提供微伏级稳定性和分辨率以及多种功能，可快速准确地测量电池的自放电电流。

BT2191A 的设计考虑了设计人员的需求，可以显着缩短测量电池自放电电流所需的时间。

它直接测量自放电电流，1-2 小时便可完成，无需再耗费数周或数月的时间来监测电池的开路电压。

除自放电电流外，它还可以测量电池电压和温度。

工程师可以大大缩短设计周期，有助于优化电池的自放电性能和特性，缩短产品上市时间。

对锂电池制造商而言，BT2152A 提供了一种新型分析仪，可同时测量多达 32 个电池的自放电电流。

除了使用新技术显著节省时间之外，测试吞吐量也大大提高。

更重要的是，通常不到 30 分钟就可以明确区分正常与不良电池的自放电电流。

这有助于制造商大幅减少 WIP 库存、节省营运资金和设施成本。

图 3 显示了同时记录的 8 个 18650 电池的自放电电流。

可以在几分钟内发现这组电池中自放电较大的那一个电池。

图 3. 使用 BT2152A 辨别正常电池和自放电过高的电池。

结论测试锂电池的自放电特征非常重要。

自放电过大，表明可能存在故障。

设计人员和制造商必须识别出这些电池并将其与正常电池隔离开来，以预防灾难性的故障，并在电池设计或制造过程中确认出现问题的根本原因并加以改正。

是德科技的新型恒电位解决方案使设计人员和制造商能够大幅缩短电池自放电测量的时间、节省成本，从而解决电池自放电测量带来的挑战，最终使产品加快上市。

BT2191A 自放电测量系统是一个单通道系统，非常适合电池设计和评测工作。

BT2152A 自放电分析仪具有 32 个测量通道，非常适合在制造过程中筛选出自放电过大的电池。

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