大判パウチセルは、データシート上では優れているように見えても、製品用バッテリーパックとしては不適切なセルである可能性があります。
定格容量は正しいかもしれませんが、負荷がかかると電圧降下が高すぎる可能性があります。少数のサンプルは良好に動作する可能性がありますが、生産ロットでは容量または内部抵抗に大きなばらつきが見られます。セルは初期図面に適合していても、サイクルを繰り返すと利用可能なモジュール スペースを超えて拡張する場合もあります。
これらの問題は、セル容量とパック電圧が増加するにつれてさらに深刻になります。高電圧直列ストリング内の 1 つの弱いセルにより、使用可能な容量が制限されたり、早期の BMS 保護がトリガーされたり、予期しないホット スポットが発生したりする可能性があります。タブの破損、シールの弱さ、制御不能な膨張などの機械的問題は、モジュール構造が生産に入った後に修正するのがさらに困難になる可能性があります。
このため、大判パウチセルの調達は、データシートのレビューから直接一括購入に移行すべきではありません。より信頼性の高いプロセスには、次の 3 つの段階が含まれます。
エンジニアリングサンプルの検証
パイロットロットの一貫性評価
安全性、文書化、納品の承認
このガイドでは、バッテリーインテグレーター、OEM、調達チームが各段階で何を確認する必要があるかを説明します。
テストを開始する前に、購入者と供給者は実際の動作要件について合意する必要があります。
要件シートには少なくとも次の内容を含める必要があります。
公称および最大パック電圧
必要な容量と使用可能なエネルギー
直並列構成
通常の充放電電流
ピーク電流とピーク持続時間
動作温度および保管温度
利用可能なセルとモジュールの寸法
重量制限
予想されるサイクル寿命
冷却方法
圧縮構造
BMS の電圧と温度の制限
必要な通信機能
対象となるアプリケーションと認証要件
サンプルおよび年間注文数量
この情報がないと、研究機関はセルがデータシートを満たしていることを確認しても、目的のバッテリー システムに適しているかどうかを確認できない可能性があります。
たとえば、1C の放電テストでは、0.3C で継続的に動作するものの、短い 4C の電力ピークが発生するプロジェクトについてはほとんど意味がありません。同様に、室温での容量の結果は、セルが屋外エネルギー貯蔵システムや寒冷地向け車両をサポートできるかどうかを判断するものではありません。
一部の開発プログラムでは、この段階を A サンプル段階または B サンプル段階と呼ぶ場合がありますが、用語は企業によって異なります。
その目的は、次の 2 つの質問に答えることです。
セルはサプライヤーが主張する性能を発揮しますか?
それは顧客の実際の動作条件下でも適切なままですか?
電気テストを実行する前に、物理セルから始めます。
チェック：
セルモデルと製造コード
化学的性質と公称電圧
長さ、幅、初期厚さ
タブの位置、幅、厚さ、極性
タブ材質
細胞重量
袋表面状態
シールエッジと折り曲げ寸法
絶縁・保護フィルム
製造日とバッチ番号
寸法は合意された方法を使用して測定する必要があります。測定圧力が結果に影響を与える可能性があるため、これは厚さの場合に特に重要です。
また、お客様は、図面に示されている寸法が新しいセル、規定の充電状態のセル、または使用中に予想される最大の厚さを参照しているかどうかも確認する必要があります。
代替プロジェクトの場合、公称容量を一致させるだけでは十分ではありません。タブの位置、セルの厚さ、電圧範囲、熱接触面、および圧縮要件も既存のモジュールに適合する必要があります。
アプリケーション固有の条件に移行する前に、サプライヤーが指定した基準条件で容量をテストする必要があります。
記録：
充電電流
充電終止電圧
定電圧終端電流
休憩時間
放電電流
放電終止電圧
チャンバー温度
測定容量 (Ah)
供給エネルギー (Wh)
クーロン効率とエネルギー効率
アンペア時容量のみをテストすると誤解を招く可能性があります。 2 つのセルは同様の Ah 結果を提供する可能性がありますが、電圧曲線が異なるため、使用可能なエネルギーが異なります。
リファレンステストの後、実際のアプリケーションで予想される現在のレベルで評価を繰り返します。一般的なプログラムには 0.5C、1C、およびそれ以上のレートが含まれる場合がありますが、最終的なテスト ポイントは一般的なチェックリストではなく、顧客の負荷プロファイルに基づいて決定される必要があります。
AC 抵抗は、迅速な生産スクリーニングに役立ちますが、実際の負荷下での電圧降下と発熱を完全に説明するものではありません。
したがって、DC 内部抵抗 (DCIR) は、制御された条件で定義された電流パルスを使用して測定する必要があります。有用な SOC ポイントには、20%、50%、および 80% が含まれます。
テストレポートには次のように記載する必要があります。
SOCの開始
セル温度
パルス電流
パルス持続時間
電圧サンプリングポイント
DCIRの計算方法
パルス間の回復時間
DCIRは通常、SOC、温度、経年変化によって変化します。異なる条件で測定された値を比較すると、誤った結論が生じる可能性があります。
高電力アプリケーションの場合、最も重要な結果は必ずしも最小の抵抗値ではありません。購入者は、実際のピーク負荷イベント中に電圧低下と温度上昇が許容範囲内であることを確認する必要があります。
温度テストは、意図した動作環境を反映し、セルメーカーが宣言した制限内にとどまる必要があります。
プロジェクトでは、-20°C や 55°C などの温度での放電性能を評価する場合がありますが、これらをすべてのパウチセルの普遍的なテストポイントとして扱うべきではありません。
重要な結果には次のものが含まれます。
利用可能な容量
エネルギー保持
電圧プラトー
DCIR
ピーク電力能力
温度上昇
充電受付
室温に戻した後の回復
低温での充電には特に注意が必要です。低温で放電できるセルは、電流低減、予熱、または別の制御戦略なしで同じ温度で充電するのは安全ではない可能性があります。
パウチセルでは、サイクリング中にある程度の厚さの変化が予想されます。工学的な問題は、モジュール構造との互換性が維持されるかどうかです。
テストでは以下を定義する必要があります。
初期SOCと厚さ
測定力
治具または圧縮方法
加えられた予圧または圧力
充放電条件
セル温度
サイクル数
選択した SOC ポイントの厚さ
休止後の永続的な厚さの変化
一部の開発プログラムでは 0.05 ～ 0.1 MPa などの予圧が使用される場合がありますが、これは普遍的な値ではありません。正しい圧縮レベルは、セルの化学的性質、構造、表面積、およびメーカーの推奨によって異なります。
フィクスチャなしでセルを自由にテストすると、実際のモジュール内でのセルの動作が表現されない可能性があります。一方、過剰な圧縮を使用すると、機械的ストレスが増大する一方で、膨張が一時的に隠れる可能性があります。
したがって、検証フィクスチャは、目的のモジュールに可能な限り似ている必要があります。
上部と側面のシールは、電極と電解液を湿気や汚染から保護します。シールが弱いと、最終的にはガスの発生、漏れ、腐食、または早期の容量損失が発生する可能性があります。
プロジェクトとサプライヤーの能力に応じて、シールの評価には次のものが含まれる場合があります。
目視検査
シール幅測定
はく離強度試験
リークテスト
ヘリウム漏れ検査
高温保管
湿気への暴露
電解液汚染検査
サプライヤーは、該当するテスト方法と合格基準を提供する必要があります。購入者は、サンプルの準備と試験方法が同等でない限り、異なるサプライヤーのシール強度の数値を比較することは避けてください。
大容量セルは、比較的小さな接続領域を介して大量の電流を流す可能性があります。溶接不良、過度の接触抵抗、または不適切なバスバー設計により、セル本体が通常の温度範囲内にある場合でも、局所的なホットスポットが発生する可能性があります。
負荷テスト中に、次の場所で温度を測定します。
ポジティブタブ
ネガティブタブ
溶接接続
バスバーインターフェース
細胞中心
セルエッジ
予想されるモジュールのホットスポット
テストフィクスチャは、最終パックを代表する接続方法を使用する必要があります。一時的なクランプやサイズが小さすぎるケーブルは、抵抗を加えて結果を歪ませる可能性があります。
テスト後、タブの変色、ひび割れ、変形、シール部分の損傷、溶接部の弱さを検査してください。
サイクル寿命の完全な検証には数か月かかる場合があるため、できるだけ早く開始する必要があります。
テストでは以下を定義する必要があります。
SOCウィンドウ
放電の深さ
充放電電流
温度
圧縮方式
休憩時間
耐用年数が終了した容量
抵抗増加限界
厚さの増加限界
初期サイクルの結果は、異常な熱、急速な抵抗の増加、または過度の膨張を特定するのに役立ちます。ただし、短いテストでは長いサイクル寿命を証明することはできません。プロジェクトの後の段階が進む間、長期的なサイクルを継続する必要があります。
優れたエンジニアリングサンプルは、一貫した生産ロットを保証するものではありません。
バッテリー パックの場合、多くの場合、個々の最高の結果よりもパフォーマンスの分布の方が重要です。通常、よく一致するセルの文字列は、異常に強いセルと弱いセルが混在する文字列よりもパフォーマンスが高くなります。
同じパイロット ロットからの 30 ～ 50 個のセルをテストすると、パラメータ分布の有用な初期ビューが得られます。ただし、正しいサンプル サイズは次の要素によって決まります。
ロットサイズ
アプリケーションのリスク
サプライヤーの歴史
テスト費用
テストが破壊的かどうか
同意したAQL
顧客および規制要件
正式にロットを受け入れる場合、購入者は 30 個または 50 個のセルを普遍的なルールとして扱うのではなく、合意された統計的サンプリング計画を使用する必要があります。
サンプルは、1 つのカートンや生産工程の一部から採取するのではなく、ロット全体から選択する必要があります。
各パラメータについて、次を記録します。
平均
最小値と最大値
範囲
標準偏差
外れ値
合意された仕様内での位置付け
Cp と Cpk は工程能力の評価に役立ちますが、それは工程が適度に安定しており、規格限界が明確に定義されている場合に限られます。代表的ではない小規模なグループから計算された Cpk 値は、誤った信頼度を生み出す可能性があります。
目的は、単に魅力的なスプレッドシートを作成することではなく、サプライヤーが管理されたプロセスを持っているかどうかを理解することです。
OCV および AC 耐性は、迅速な入荷検査やセルのグループ化に実用的です。 DCIR は、負荷時の動作に関する詳細情報を提供します。
すべての測定では同じものを使用する必要があります。
SOC
休憩時間
セル温度
楽器
周波数、AC抵抗用
連絡方法
電流パルス、DCIR用
差が大きいと、パック動作中に電圧降下、発熱、使用可能な容量が不均一になる可能性があります。
許容可能な広がりは、セルモデル、パック構成、およびアプリケーションに従って定義する必要があります。高電圧シリーズ パックでは、リスクの低い単一セル アプリケーションよりも厳密なマッチングが必要になる場合があります。
最小容量のセルは直列ストリングの使用可能なエネルギーを制限する可能性があるため、容量のマッチングは重要です。
一部の要求の厳しいプロジェクトでは、±1% 以内の許容誤差が厳密に一致するセルの目標として使用される場合がありますが、これを普遍的な許容限界として提示すべきではありません。買い手と供給者は次の点に同意する必要があります。
試験条件
定格容量
最小許容容量
グループ化ウィンドウ
過剰容量セルの処理
再検査手順
外れ値の拒否ルール
セルは、サプライヤーの記録と異なる条件下で得られた顧客の結果を組み合わせたものではなく、比較可能なテストデータを使用して等級付けされる必要があります。
重量と厚さは、プロセスの安定性を裏付ける指標として役立ちます。
異常な結果は、以下の変動を示している可能性があります。
電解液充填
電極負荷
ラミネート加工
ガス発生
シール構造
パウチ成形
寸法管理
これらの指標だけでは欠陥を診断できませんが、説明のつかない外れ値は無視すべきではありません。
自己放電テストは、マイクロショート、汚染、セパレータの損傷、その他の潜在的な欠陥のあるセルを特定するのに役立ちます。
一般的なプロセスには次のものが含まれます。
定義された SOC までセルを充電または放電します。
電圧が緩和されるまで十分な時間をとってください。
初期 OCV を測定して記録します。
セルは制御された温度で保管してください。
合意された間隔の後に再度 OCV を測定します。
電圧減衰率を計算します。多くの場合、mV/日で表されます。
プロジェクトによっては、14 ～ 28 日間の観察期間が適切な場合があります。高温での加速スクリーニングも使用できますが、結果を室温のデータと直接比較すべきではありません。
K 値は、温度、SOC、緩和時間、測定精度に影響されます。すべてのセルは同じ条件下でテストする必要があります。
異常値の疑いがある場合は、最終決定を下す前に再テストする必要があります。単一の異常な電圧読み取り値は、真の内部欠陥ではなく、温度変化、不完全な緩和、または測定接触に起因する可能性があります。
各セルは、関連する生産および検査情報まで追跡できる必要があります。
サプライヤーのシステムによっては、次のものが含まれる場合があります。
セルモデル
製造日
バッチまたはロット番号
QRコードまたはシリアル番号
容量結果
OCV
交流抵抗
学年
検査日
トレーサビリティは、顧客が 1 つのパイロット バッチを承認し、その後大量注文を受けた場合に特に重要です。契約では、バルクセルが同じ生産ロット、同等の適格ロット、または同じ材料と仕様を使用した管理された生産プロセスから生産されなければならないかを定義する必要があります。
性能試験と安全性認定は異なる目的を果たします。
定期的な受入検査は正式な安全性試験に代わるものではありません。同様に、輸送試験レポートは、セルがあらゆる最終用途に適していることを証明するものではありません。
適用される規格と製品に応じて、テストには次のものが含まれる場合があります。
振動
機械的衝撃
打ち砕く
インパクト
落とす
制御された貫通またはその他の内部ショートのシミュレーション
針の貫通力は、すべてのリチウムイオン電池またはすべての市場にとって普遍的な要件ではありません。これは、該当する規格、顧客の仕様、またはリスク評価によって要求される場合にのみ含める必要があります。
考えられる評価は次のとおりです。
サーマルサイクリング
高温暴露
低圧シミュレーション
湿気への暴露
長期保管
モジュールまたはパックレベルでの熱伝播評価
パウチセルは通常、従来の円筒形の安全ベントに依存しません。したがって、テストでは、適用されるテスト方法に従って、パウチの膨張、シールの破断、漏れ、通気動作、火災、爆発、および温度応答を観察する必要があります。
これらには次のものが含まれる場合があります。
外部短絡
過充電
強制排出
過放電
異常電流
保護システム故障シミュレーション
破壊試験や乱用試験は、適切に設備の整った実験室で資格のある担当者が実施する必要があります。正確な手順と合格基準は、工場での即席のテストではなく、該当する規格に基づいたものでなければなりません。
輸送用のリチウム電池およびバッテリーは、UN 38.3 に基づいて評価されます。産業用および定置型アプリケーションは IEC 62619 などの規格に該当する場合がありますが、道路車両用セルは IEC 62660 シリーズに基づく評価が必要な場合があります。追加の国、顧客、または最終製品の要件も適用される場合があります。
セルのテストはサプライヤー認定の一部にすぎません。商業契約では、注文にどのような文書が添付されるかについても定義する必要があります。
承認されたデータシート
制御された機械製図
セル仕様の改訂
分析証明書またはバッチ検査報告書
容量、OCV、抵抗の記録
バッチおよび QR コードのトレーサビリティ情報
安全データシート
UN 38.3 テストの概要
該当する認証レポート
梱包仕様
保管および輸送に関する注意事項
保存期間と推奨されるストレージ SOC
保証条件
関連する場合、購入者は次のことも要求できます。
パウチラミネート仕様
タブ材質宣言
シール構造情報
重要なコンプライアンスの宣言
X線やCTの検査記録
溶接検査記録
サプライヤー変更管理手順
一部の詳細な材料およびプロセス情報は独自のものである場合があります。その場合、契約では少なくとも重要な材料、寸法、生産プロセス、またはサブサプライヤーを変更する前に顧客に通知することをサプライヤーに義務付ける必要があります。
X 線または CT 検査は、次のような内部異常を特定するのに役立ちます。
電極スタックの位置がずれている
折り畳まれた層または損傷した層
タブ溶接の欠陥
金属の粉やバリ
不規則な内部間隔
構造変形
これらの検査は、コストとテスト時間の関係から、通常、サンプリングベースで実行されます。サンプリング頻度は、プロジェクトのリスクとサプライヤーのパフォーマンス履歴を反映する必要があります。
「グレード A セル」などの記載は、技術的な購入契約には十分ではありません。
契約または品質協定では、以下を定義する必要があります。
承認されたセルモデルと図面の改訂
容量制限とグループ化ウィンドウ
OCV および内部抵抗の制限
厚さと重量の許容差
外観基準
自己放電または K 値の制限
サンプリング方法
再テストのルール
拒否条件
不良セルの処理
交換責任
トレーサビリティ要件
変更通知の要件
必要な報告書と証明書
エンジニアリング段階またはパイロット段階で承認されたゴールデン サンプルを保持しておくことも役立ちます。これらは、寸法、タブ、シール、外観、パッケージングに関して後で意見の相違が生じた場合に、物理的な参照を提供します。
サプライヤーが認定に合格した後でも、納入ごとに受入検査を受ける必要があります。
実際の受信プロセスには次のものが含まれます。
パッケージングとラベルの検証
数量とバッチの検証
目視検査
ランダムな寸法チェック
OCVスクリーニング
AC抵抗スクリーニング
体重チェック
選択したセルの容量テスト
CoA およびトレーサビリティ データのレビュー
サプライヤーのパフォーマンスに応じて検査レベルを調整できます。新しいサプライヤーや以前に異常があったロットには厳格な検査が必要になる可能性がありますが、強力な歴史を持つ安定したサプライヤーであれば計画の縮小が正当化される可能性があります。
ただし、単に以前のサンプルのパフォーマンスが良かったからといって、重要な特性が新たなコントロールから消えてしまうことがあってはなりません。
量産を承認する前に、次のことを確認してください。
セルは電気的および機械的設計に適合します。
容量とエネルギーは、定義された条件下で検証されています。
連続性能とピーク電流性能はアプリケーションに適合します。
DCIR と温度上昇は許容可能です。
必要に応じて、低温および高温での挙動が評価されています。
厚さの増加は代表的な治具でテストされています。
シールとタブの品質を見直しました。
パイロットロットの一貫性は許容可能です。
自己放電の異常値はスクリーニングされています。
BMS 設定が検証されました。
必要な安全性および輸送に関する書類が用意されています。
バッチトレーサビリティが確認されています。
受諾基準は購入契約書に記載されています。
サンプルの承認では、管理されていない材料やプロセスの変更は許可されません。
大判パウチセルを調達する場合、データシートは最終的な承認ではなく出発点です。
エンジニアリングサンプルは、セルがプロジェクトの基本性能と統合要件を満たせるかどうかを示します。パイロットロットにより、サプライヤーがそのパフォーマンスを一貫して再現できるかどうかがわかります。安全性テスト、トレーサビリティ、および明確な品質協定により、製品が長期的な商業使用に適しているかどうかが決まります。
最も実用的なルールはシンプルです。
最良のサンプルだけを評価しないでください。注文内のすべてのセルを生成するプロセスを評価します。
バッテリープロジェクトの開始時に慎重に検証すると時間とコストがかかりますが、モジュールを再設計したり、数千個のセルを分類したり、納品後に現場での故障を管理したりするよりもはるかに低コストです。
Misen Power では、大型 NMC、LiFePO4、LTO、半固体およびその他のパウチセルのオプションを使用して、商用および産業用バッテリー プロジェクトをサポートしています。お客様の電圧、容量、電流、寸法、温度範囲、用途に基づいて、セルの選択、サンプル評価、セルのグレーディングとマッチング、BMS 調整、バッテリー パックの統合を支援します。
新しいプロジェクト用にパウチセルを評価している場合、または製造中止されたセルモデルを交換している場合は、アプリケーション要件、負荷プロファイル、利用可能な寸法、および推定数量を当社にお送りください。当社のチームは、一括注文に移行する前に、適切なセルのオプションを検討するお手伝いをいたします。
普遍的なサンプル量はありません。 30 ～ 50 個のパイロットロット セルをテストすると、パラメータ分布の初期ビューが得られますが、最終的なサンプリング計画では、ロット サイズ、アプリケーション リスク、テスト コスト、サプライヤーの履歴、および合意された AQL を考慮する必要があります。
AC 抵抗は迅速なスクリーニングに役立ちますが、DCIR は負荷時の電圧降下と発熱に関するより多くの情報を提供します。要求の厳しいバッテリー パックは、容量、OCV、AC 抵抗、DCIR、および自己放電を合わせて評価する必要があります。
正しい範囲は用途とパックの設計によって異なります。厳密に一致した高電圧パックでは、狭いグループ化ウィンドウ (場合によっては約 ±1%) が使用される場合がありますが、これは普遍的なルールとして扱うのではなく、セルのモデルとテスト条件に従って合意する必要があります。
詳細なスクリーニングには 14 ～ 28 日の期間が使用される場合がありますが、正しい期間はセルの化学的性質、SOC、温度、およびサプライヤーが承認した方法によって異なります。より短いテストは、長期の結果と相関がある場合、生産スクリーニングに使用できます。
いいえ、UN 38.3 は主に輸送試験に関連しています。最終用途の安全要件は、アプリケーション、市場、および該当するセル、バッテリー、または機器の規格によって異なります。
最終モジュールで圧縮を使用する場合は、代表的なフィクスチャでテストすることを強くお勧めします。圧力は普遍的な値ではなく、セルメーカーのガイダンスとモジュール設計に基づく必要があります。
アプリケーション、システム電圧、必要な容量、連続電流とピーク電流、動作温度、サイズと重量の制限、予想されるサイクル寿命、BMS 要件、サンプル量、および推定容量需要を提供します。
