用于分析和改进锂离子电池效率和寿命的 Precision Bulk Metal® Z 箔电流检测电阻器
Bulk Metal® Z-Foil 电流检测电阻器的使用显着降低了噪声水平，从而显着提高了用于测试和改进锂电池的高精度和超高精度充电器的准确度- 离子电池的效率和寿命。
行业/应用领域：
使用锂离子电池的汽车、航空航天和所有其他行业
使用的产品：
Z201型（超高精度大块金属Z箔，通孔，径向引线）
型号 VHA512（超高精度大块金属 Z 箔，密封，轴向引线，电流检测）
CSNG型（超高精度Bulk Metal Z-Foil，新一代大功率电流感应设计）
挑战
由于带电的电极材料和电解质之间的寄生反应会缓慢消耗电极和/或电解质材料，锂离子电池可能会失效。由于这些寄生反应，再充电期间储存在电池中的电荷量（充电容量）通常略大于放电期间提供的电荷量，并且这种库仑效率（放电容量与充电容量之比）导致随着时间和周期的推移，电池容量逐渐丧失，并最终导致电池故障。由 Dahn Research Group 开发的高精度库仑法用于精确测量电池的充电和放电电流，从而使分析这些寄生反应和开发更高效、更持久的电极和/或电解质材料成为可能. 但是，来自这些寄生反应的充电/放电电流的比例非常小且很难检测，即使可以准确测量，使用标准电池测试设备通常也需要数月或数年才能检测到这种影响。但是，由于能够建立高度稳定的电流，然后以非常高的精度测量该电流，因此可以考虑非常小的电流波动，并且只需几个充电/放电循环即可检测到来自这些寄生反应的电流 -反过来，这使研究人员能够在仅仅几周的测试后确定新的或替代的电极材料和/或电解质添加剂是否会对锂离子电池的寿命产生积极影响，即使对于需要持续 5 年的电池也是如此。到 30+ 年。
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图 1：显示锂离子电池通用操作的示意图 |
解决方案
Dahn Research Group 使用采用 Vishay Precision Group (VPG) 最新 Bulk Metal Z-Foil 技术的电阻器应用于电流检测设计，开发了 Dalhousie Ultra High Precision Charger (UHPC) 多通道电池充电系统，允许锂离子电池充电和放电电流的精确、热稳定测量、比较和控制。之所以选择大块金属 Z 箔电阻器，是因为它们具有严格的容差 (0.005%)、低噪声（每 1 V 施加的电位为 0.01 μV）和低温度系数（典型值为 0.2 ppm/°C）。
请参阅Toby Mishkin Bond（2012 年，提高锂离子电池库仑效率测量的精度和准确度）论文第 41 页的图 2，了解“显示如何实施电流测量的 UHPC 示意图”。
用户解释
由于CE被定义为放电和充电容量的比值，电流源输出的绝对精度不是特别重要，只要充电和放电电流适当匹配。Dalhousie HPC 就是为此目的而开发的，旨在显着优于市售充电器，允许这些电流之间的校准在 0.01% 以内。使用的电流源非常好，但有必要测量所提供电流的长期漂移和振荡（超过 3-4 周），因为这对于计算来源/吸收的总电荷很重要。此外，正负电流（充电/放电）都在运行，并且电流源在充电和放电电流之间可能具有小的偏移。由于这些原因，
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图 2：达尔豪斯 HPC |
2011 年，Dahn 研究小组承诺进一步提高 Dalhousie HPC 的性能，通过提高数据采样率和实现电流测量——所有这些都是为了提高充电器的精度，并提高解决日益微小差异的能力。不同细胞化学物质之间的 CE。使用各种型号的 Bulk Metal Z-Foil 电阻器，包括由 Texas Components Corporation（美国德克萨斯州休斯顿）和 Vishay Precision Group（以色列霍隆）制造和提供的原型和样品，进行了进一步的测试和研究，以确定关键参数和提高 HPC 性能的机会。发现以下参数都可以提高 HPC 设备的精度，从而导致 Dalhousie UHPC 的开发：
用于计算容量的电流输出的原位测量
电流源和 DMM 的温度控制
提供给电流源和数字万用表的电源的电压稳定
提高采样率（用于测量电池电压和电流）
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图 3：达尔豪斯 UHPC |
在上面列出的四个参数中，电流输出的原位精确测量被发现是迄今为止降低噪声最重要的参数。现有 HPC 设备的所有 60 个通道都进行了升级，通过使用在电流检测设计中应用的大块金属 Z 箔电阻器，可以更可靠地测量电流。每个通道使用多个电阻器，目的是将电流检测电阻器上的压降控制在约 1V 左右，因为这是整个测量系统 TCR 最低的范围。每个通道中使用多种电阻器尺寸以支持具有各种容量和充电/放电电流的电池，同时仍限制每个电阻器上的电压降。每个通道都有一个安装在继电器系统中的专用电阻器阵列，可以根据通道的电流输出选择合适的电阻器，而无需手动更换电阻器。尽管这些电阻继电器安装在温度控制箱中，但温度波动不会影响电阻值的变化，从而影响由此进行的电流测量，这一点至关重要。使用大块金属 Z 箔电阻器再次促进了控制因素。所有 HPC/UHPC 通道现在都使用采用大块金属箔技术的电阻器，并且正在进行进一步的研究以进一步改进这些电阻并开发商业版本以及用于其他应用。
