포텐시오스타트를 배터리에 연결하는 방법

연결 전 확인해야 할 세 가지 사항

전압. 배터리의 개방 회로 전압은 포텐시오스타트의 전위 범위 내에 있어야 합니다. 단일 리튬이온 전지(약 3~4.3 V)는 ±5 V 범위 내에 들어갑니다. 12 V 납산 배터리는 ±10 V 범위 내에 들어가지 않습니다.

전류. 적용하거나 측정할 예정인 최대 전류를 확인하십시오. 용량이 몇 밀리암페어시(mAh)인 코인 셀을 사용한 실험은 대부분의 포텐시오스타트에서 수행할 수 있습니다. 수백 밀리암페어(mA) 수준의 더 큰 전지를 충전하거나 방전하려면 최대 1.1 A까지 지원하는 Nexus와 같은 기기가 필요합니다.

전원. 배터리를 연결하기 전에 포텐시오스타트의 전원을 켜고 연결해야 합니다. 전원이 꺼진 포텐시오스타트에 충전된 배터리를 연결하면 기기가 손상될 수 있습니다. 일부 포텐시오스타트 모델은 기기로 역류하는 전류를 차단하는 보호 기능이 없기 때문입니다.

단계별 안내: 2전극 연결 방법

이 방법은 충전된 배터리 셀을 측정하는 표준 방식입니다. 일반적인 PalmSens 셀 케이블에서, 작업 전극 선은 빨간색, 대극은 검은색, 기준 전극은 파란색, 감지 선은 흰색 또는 노란색입니다.

1. 포텐시오스타트의 전원을 켜고 PSTrace에 연결하십시오.
2. 기준 전극 플러그(파란색)를 대극 플러그(검은색) 위에 겹쳐 끼우십시오.
3. 기기에 센스 리드가 있다면, 작업 전극 플러그(빨간색)를 그 위에 끼워 넣으십시오.
4. 카운터 리드와 기준 리드를 배터리의 음극 단자에 연결하십시오.
5. 작업 전극(및 센스) 선을 양극 단자에 연결하십시오.
6. 먼저 개방 회로 전위(OCP) 측정을 수행하십시오. 예상되는 전지 전압과 동일한 양의 값이 나오면 극성이 올바른 것임을 확인할 수 있습니다.

OCP 확인이 끝난 후에야 전위나 전류를 가하는 시술을 시작하십시오.

이 설정에서는 전위가 인가되고 동일한 두 단자 사이에서 전류가 흐릅니다. 결과에는 양극과 음극, 전해질, 그리고 분리막이 모두 포함됩니다. 전체 전지 전압이 관심 대상인 경우, 이것이 바로 원하는 결과입니다.

EIS 및 고전류 측정을 위한 4단자 연결 방식

모든 케이블에는 저항이 있습니다. 일반적인 PalmSens 셀 케이블의 저항은 약 0.2 Ω(양단 간)이므로, 100 mA의 전류가 흐르면 케이블 양단에서 20 mV의 전압 강하가 발생합니다. 리드를 한쪽 클립에 겹쳐 연결하면, 이 전압 강하와 접촉 저항이 측정값에 반영됩니다.

저전류 측정에서는 대부분 이 효과가 무시할 수 있을 정도입니다. 하지만 대부분의 배터리 측정에서는 그렇지 않은데, 리튬 이온 전지의 내부 저항이 대개 1 Ω 미만이기 때문입니다. 2단자 EIS 측정 시 케이블과 클립의 저항이 배터리 자체의 저항과 비슷한 수준이 될 수 있습니다.

해결책은 전류를 전달하는 리드와 전위를 측정하는 리드를 분리하는 것입니다. 작업 전극 리드와 감지 리드를 별도의 클립을 사용하여 양극 단자에 연결하십시오. 대극 리드와 기준 전극 리드를 별도의 클립을 사용하여 음극 단자에 연결하십시오.

배터리를 연결하는 다양한 방법을 보여주는 아래 그림을 참조하십시오.

켈빈(Kelvin) 연결 방식을 사용하면, 감지선과 기준선이 배터리 단자에서 직접 전위를 측정하며, 이때 이 선들을 통해 흐르는 전류는 거의 없습니다. 이를 4단자 또는 켈빈 감지 방식이라고 합니다. Nexus 및 EmStat4 HR과 같이 감지선이 장착된 PalmSens 계측기는 이 설정을 지원합니다.

배터리 EIS 실험에서, 전극 연결 방식은 기기 설정보다 결과에 더 큰 영향을 미칩니다.

포텐시오스타틱 EIS를 위한 또 하나의 팁: DC 전위를 기준 전극이 아닌 OCP를 기준으로 설정하십시오. 그렇지 않으면 포텐시오스타트가 배터리를 0 V로 끌어내려 하려 하여 큰 전류가 흐르게 됩니다. 저임피던스 전지의 경우, 갈바노스타틱 EIS(GEIS)가 흔히 사용되는 대안입니다.

양극과 음극을 별도로 측정하기

시판되는 배터리는 두 개의 단자가 있으므로 전체 셀만 측정할 수 있습니다. 세 번째 기준 전극이 있는 실험실용 테스트 셀을 사용하면 각 전극을 개별적으로 관찰할 수도 있습니다.

이 경우 작업 전극을 음극에, 대극을 양극에, 기준 전극을 기준점에 연결하십시오. Nexus에는 동시에 추가 전위를 측정하는 두 번째 측정선(S2)이 있습니다. 듀얼 EIS 기능을 사용하면 단일 측정으로 양극과 음극의 임피던스를 기록할 수 있습니다.

연결 후 측정할 항목

매 세션을 개방 회로 전위(OCP) 측정으로 시작하십시오. 이를 통해 극성을 확인하고 전류를 소비하지 않은 상태의 전지 전압을 확인할 수 있으며, 이는 OCP를 기준으로 EIS를 설정할 때 필요한 값이기도 합니다. 충전-방전 곡선부터 임피던스 측정까지 어떤 테스트를 진행할지는 연구 주제에 따라 달라집니다. 배터리 측정 방법 및 용어에 대한 개요는 “배터리 분석기를 왜 사용해야 할까요?”에서 확인할 수 있습니다 .

배터리 취급 시 안전 수칙

배터리는 가장 마지막에 연결하고, 가장 먼저 분리하십시오. 포텐시오스타트의 전원을 끄거나 펌웨어를 업데이트하기 전에 배터리를 분리하십시오.

악어 클립을 서로 멀리 떨어뜨려 놓으세요. 배터리에 연결된 상태에서 클립이 서로 닿으면 단락이 발생합니다. 단락이 발생한 리튬이온 전지는 급격히 과열될 수 있습니다.

충전 중에도 배터리 제조사가 정한 전압 및 전류 제한 범위 내에서 사용하십시오. 포텐시오스타트는 셀의 안전 한계치가 아닌, 사용자가 설정한 방식에 따라 작동합니다.

코인 셀의 경우, ItalSens 코인 셀 배터리 홀더와 같은 전용 홀더를 사용하면 안정적인 접촉이 가능하며, PalmSens 케이블의 2mm 바나나 플러그에 직접 연결할 수 있습니다.

PalmSens 포텐시오스타트의 연결 사양

배터리를 어떻게 연결할 수 있는지는 다음 세 가지 값에 따라 결정됩니다: 전위 범위, 최대 전류, 그리고 기기에 4단자 측정을 위한 센스 리드가 있는지 여부입니다.