EIS és Li akkumulátorok szűrés-tesztelése

Mire használjuk az akkumulátorok szűrését?

A Li-akkumulátorok szűrése (screening) az akkumulátor értékláncának számos szintjén jelen van, a kutatás-fejlesztéstől a második felhasználás vizsgálatáig. A K+F szakaszban például akkumulátorkémiák kiválasztását és validálását segíti. A szűrés arra is használható, hogy adott alkalmazáshoz válasszunk cellákat, vagy kísérleti vizsgálatokat értékeljünk.

A folyamat gyakran magában foglalja az akkumulátor elektromos tesztelését töltési–kisütési ciklusokon keresztül. A mért és számított paraméterek időbeli változását később közös szempontok szerint lehet értékelni.

A többlépcsős kiválasztás indulhat több cella kapacitásának és meghatározott módszerrel mért belső ellenállásának követésével. A kiválasztott cellákon részletesebb vizsgálat — például EIS vagy dQ/dV-elemzés — következhet. Az eredeti ismertető gyártói háttere: EIS and Battery Screening.

Alapmérések és EIS ugyanabban a munkafolyamatban

Az elektrokémiai impedanciaspektroszkópia a cella frekvenciafüggő válaszát vizsgálja. EIS-képes ciklizálóval a szokásos töltés–kisütés és az impedanciamérés egy programba szervezhető, kevesebb átkötéssel. Ez nem jelenti azt, hogy minden teszt ugyanazon a cellán tetszőlegesen és egyidejűleg végezhető.

Az EIS nem mindig néhány perces mérés: 10 mHz-en egyetlen periódus 100 s, három periódus már öt perc, és ez csak egy frekvenciapont, beállási idő nélkül. A vizsgált frekvenciaablak ezért a szűrés átfutási idejét is meghatározza.

A megőrzött ábra eltérő töltöttségi állapotokat szemléltet; nem univerzális hibahatár vagy minden cellára alkalmazható áramköri modell. Az impedancia és a töltöttség kapcsolata kémiától függ, az empirikus korreláció pedig önmagában nem bizonyít fizikai mechanizmust. BioLogic White Paper 1: akkumulátorok vizsgálata EIS-sel.

A nyers spektrumok később is elemezhetők, ha a mérési feltételeket együtt mentettük velük. Egy hiányzó frekvenciasávot vagy nem megfelelő cellaállapotot azonban utólagos illesztés nem pótol.

Összehasonlítható szűrési protokoll

Az alábbi szerkesztői ellenőrzőlista egy saját mérési terv kiindulópontja:

1. Minta és előélet: azonosítók, kémia, formátum, tétel, ciklusszám és előkondicionálás. Eltérő cellatípusokat ne egy közös milliohmos küszöb alapján minősítsen.
2. SOC: rögzítse a célértéket és elérésének módját, a felhasznált kapacitásreferenciát, valamint a töltési vagy kisütési irányt.
3. Hőmérséklet: ugyanazt a beállítást és érzékelőelhelyezést használja; jegyezze fel a mért cellahőmérsékletet és a beállás feltételét.
4. Pihenő: dokumentálja az időt és a feszültségdrift vizsgálati ablakát. A letelt várakozási idő önmagában ne legyen a stabilitás bizonyítéka.
5. EIS: egyezzen a frekvenciasor, gerjesztési mód, amplitúdó és annak definíciója, a periódusszám és a kábelezés. A gerjesztést és adatminőséget próbaméréssel ellenőrizze.
6. Döntési jellemző: előre rögzítse, hogy például adott frekvencián Re Z-t, impedanciamodulust vagy illesztett paramétert hasonlít össze. Ezek nem felcserélhető mennyiségek.

Töltés vagy kisütés közben a cella összetétele változik, így nem minden frekvencián tekinthető időben állandónak. Az üzem közbeni EIS külön módszertani ellenőrzést igényel; nem helyettesíthető vele automatikusan a pihentetett állapotban felvett szűrési spektrum. BioLogic AN69-2: nem stacionárius EIS.

Saját döntési példa: előbb ismétlés, utána minősítés

Tegyük fel, hogy azonos típusú cellákon, saját előzetesen validált 50% SOC-os, 25 °C-os protokollban Re Z(1 kHz) a megfigyelt jellemző. Egy korábbi megfelelő referenciacsoport mediánja 18,0 mΩ. A cella A értéke 18,4 mΩ, B-é 22,5 mΩ: eltérésük a referenciától 2,2%, illetve 25,0%.

Ez még nem automatikus selejtezés. Példánkban B ismételt mérése a kontaktus helyreállítása és az állapot újbóli beállítása után 18,8 mΩ, vagyis csak 4,4% eltérést ad. Az első eredményt mérési megjegyzéssel megőrizzük; a cellát további ellenőrzésre irányítjuk. Ebből az egy ismétlésből nem állítjuk, hogy a különbség kizárólag kontaktushiba volt, vagy hogy a cella biztosan megfelelő.

A 18 mΩ és a fenti százalékok kitalált oktatási értékek. Elfogadási határt csak saját mintasokaság, mérési bizonytalanság, ismételhetőség és az alkalmazás követelményei alapján határozzon meg. Az EIS-szűrés önmagában nem teljes kapacitás-, élettartam- vagy biztonsági minősítés.

A történeti BCS-800 példa és a mai konfiguráció

Az eredeti, 2020-as cikk BCS-800 sorozatot mutatott be. A BCS-805, BCS-810 és BCS-815 modulonként nyolc független csatornával, rendre ±150 mA, ±1,5 A és ±15 A maximális csatornaárammal szerepelt. Ezek történeti adatok, nem a jelenlegi teljes kínálat leírásai.

Az opcionális FRA a BCS-800-nál 10 kHz–10 mHz tartományú EIS-t tett lehetővé. A részletekhez az archív gyártói BCS-800 prospektus használható. Új beszerzésnél a BCS-900 család konkrét modelljét, csatornaszámát és EIS-opcióját kell egyeztetni; a régi rendszer adatait ne vigye át automatikusan az új konfigurációra.

A méréstervezéshez kapcsolódó útmutatók: EIS-adatminőség, akkumulátor-belsőellenállás és EIS-alapok.