Một cell lithium-ion vừa ra khỏi dây chuyền trông hoàn toàn bình thường. Chỉ sau vài tuần nằm kho, một số cell mới lộ ra rằng chúng tự mất điện tích nhanh hơn hẳn phần còn lại. Đó là lý do khâu lão hoá (aging) tồn tại — và cũng là lý do nó ngốn nhiều mặt bằng, vốn lưu động và thời gian đến vậy. Bài này nói về cách rút ngắn khâu đó bằng việc đo tự phóng pin Li-ion theo dòng thay vì theo điện áp, với máy phân tích Keysight BT2152B.
Dòng tự phóng là gì và vì sao nó quan trọng?
Hầu hết cell Li-ion đều tự mất dần điện tích ngay cả khi không nối vào bất cứ thứ gì. Mô hình đơn giản của hiện tượng này gồm ba thành phần: Ceff là điện dung hiệu dụng chứa điện tích của cell, RS là nội trở nối tiếp (khiến Vcell = VOCV − I·RS), và RSD là điện trở song song mà dòng tự phóng chảy qua.
Khi cell để hở mạch, Ceff xả qua RSD và sinh ra dòng tự phóng cỡ hàng chục đến hàng trăm µA. Dòng này nhỏ đến mức phải mất hàng tuần, thậm chí hàng tháng, điện áp hở mạch mới tụt đủ nhiều để ta kết luận được cell tốt hay xấu.
Hậu quả không dừng ở phòng thí nghiệm. Khi các cell được ghép thành pack, cell nào tự phóng nhanh hơn sẽ tụt áp trước. Hệ quản lý pin (BMS) thông thường sẽ cân bằng bằng cách xả toàn bộ cell còn lại xuống mức của cell thấp nhất — nghĩa là một cell xấu kéo tụt dung lượng hữu dụng của cả pack. Đây chính là lý do nhà sản xuất phải sàng lọc tự phóng trước khi cho cell đi tiếp.
Vì sao chờ ΔOCV lại tốn kém đến thế?
Cách truyền thống là đo độ thay đổi điện áp hở mạch (ΔOCV): đo OCV lần một, chờ, rồi đo lần hai. Bản thân phép đo không hề phức tạp — chỉ cần một đồng hồ vạn năng chính xác và các mô-đun ghép kênh để quét nhiều cell. Vấn đề nằm ở chữ chờ.
Theo tài liệu của Keysight, cụm formation + aging + test chiếm khoảng 10 – 14 % giá thành một cell, trong đó riêng khâu lão hoá đã là 5 – 8 %. Thời gian chờ đó biến thành bốn khoản chi phí rất cụ thể: tồn kho bán thành phẩm, chi phí vốn lưu động, chi phí mặt bằng có điều hoà nhiệt độ, và — dễ bị bỏ qua nhất — độ trễ của vòng phản hồi từ kết quả đo về tới việc chỉnh dây chuyền.
Khoản cuối cùng đáng chú ý nhất. Nếu phải mất vài tuần mới biết một lô cell có vấn đề, thì trong vài tuần đó dây chuyền vẫn tiếp tục chạy với cùng sai lệch quy trình. Càng chậm phát hiện, lượng cell phải loại càng lớn.
Xu hướng thị trường còn làm vấn đề nặng thêm: phần tăng trưởng mạnh nhất hiện nay nằm ở các cell dung lượng lớn. Cell càng lớn thì thời gian ổn định càng lâu (đo càng lâu), đồng thời mỗi cell nằm kho lại là một món hàng giá trị cao hơn.
Đo tự phóng pin Li-ion trực tiếp hoạt động ra sao?
Ý tưởng là bỏ hẳn việc chờ điện áp đổi, và đo thẳng cái ta thực sự quan tâm: dòng tự phóng. Kỹ thuật dùng ở đây gọi là potentiostatic.
Máy giữ cho điện áp của cell không đổi. Cell vẫn tiếp tục tự phóng qua RSD như thường, nhưng vì điện áp bị giữ cố định, máy phải bơm vào cell một lượng dòng đúng bằng dòng tự phóng của nó. Máy đo chính lượng dòng nó đang cấp — và đó là dòng tự phóng, đọc được trực tiếp thay vì suy ra từ độ tụt áp sau nhiều ngày.
Để làm được việc này, thiết bị phải đạt hai điều kiện khắt khe:
- Khớp điện áp thật nhanh và thật sát. Điện áp máy đặt lên cell phải bằng đúng điện áp cell. Lệch một chút là cell bắt đầu nạp hoặc xả, kéo theo phân bố lại điện tích và quá độ RC — những dòng này che lấp hoàn toàn dòng tự phóng cần đo. BT2152B khớp điện áp ban đầu trong khoảng ± 1,25 µV (giá trị điển hình).
- Điện áp đặt vào phải cực kỳ ổn định. Mọi dao động hay nhiễu trên điện áp này đều khiến cell liên tục nạp – xả nhẹ, sinh nhiễu ngay trên phép đo dòng. Độ ổn định nguồn áp của máy là ± 3 µV đỉnh đo trong 24 giờ (và ± 0,85 µV đỉnh trong 1 phút) — đây là đặc tính bổ sung, không phải thông số bảo hành.
Rút ngắn được bao nhiêu thời gian lão hoá?
Keysight đưa ra hai mô hình quy trình. Cần nói rõ ngay: đây là mô hình chi phí dựng trên giả định một nhà máy làm cell 60 Ah với sản lượng 48.000 cell/ngày (khoảng 16 triệu cell/năm, tương đương ~3,6 GWh/năm). Con số thực tế phụ thuộc vào loại cell, tỉ lệ lỗi, giá mặt bằng và nhiều yếu tố riêng của từng nhà máy.
Mô hình “Straight” — mọi cell đi chung một quy trình. Cách ΔOCV cần tổng cộng 11 ngày, với hai lần đo OCV cách nhau một giai đoạn lão hoá 5 ngày. Nếu thay bằng đo dòng trực tiếp ngay sau giai đoạn lão hoá 4 ngày, phép đo chỉ mất khoảng 1 giờ và bỏ được trọn 5 ngày kia: thời gian lão hoá mỗi cell giảm ~45 % (5 trên 11 ngày), áp dụng cho 100 % số cell.
Mô hình “Suspect Cell” — chỉ nhóm cell “nghi ngờ” mới phải đo thêm. Bước đầu vẫn dùng ΔOCV để tách cell rõ tốt và rõ xấu. Nhóm nghi ngờ còn lại, theo cách cũ, phải chịu một giai đoạn lão hoá kéo dài thường từ 4 tuần trở lên. Thay bằng phép đo dòng khoảng 1 giờ, nhóm này rút từ 37 ngày xuống 7 ngày (~81 %). Tính trên toàn bộ dây chuyền, tổng số cell nằm trong khâu lão hoá giảm 30 % nếu tỉ lệ nghi ngờ là 10 %, và 39 % nếu tỉ lệ là 15 %.
Về hoàn vốn, Keysight nói thẳng rằng chi phí fixture, xử lý vật liệu và phần mềm của hai phương pháp là tương đương nhau; khác biệt đầu tư chính nằm ở thiết bị đo. Với thời gian đo đạt được trên thực tế, hãng cho rằng khoản đầu tư có thể hoàn vốn trong vòng 2 năm — nhưng nhấn mạnh con số này phụ thuộc rất nhiều vào đặc thù từng nhà máy. Đây là một ước lượng để bắt đầu tính toán, không phải một cam kết.
Đo nhanh tới mức nào là đủ để phân loại cell?
Cần tách bạch hai câu hỏi khác nhau, vì mỗi câu có một con số riêng:
- Đo ra trị số dòng tự phóng. Với cell trụ nhỏ như 18650 hoặc 21700, BT2152B đo được trong khoảng 1 giờ hoặc ít hơn. Với cell pouch dung lượng lớn (ví dụ 10 – 60 Ah), thời gian là 1 – 2 giờ hoặc ít hơn.
- Chỉ cần phân biệt cell tốt với cell xấu. Việc này thường xong trong dưới 30 phút.
Tài liệu của Keysight có một phép thử minh hoạ rất rõ: 32 cell 18650 loại 2,5 Ah, trong đó 8 cell được đấu song song các điện trở 60 – 178 kΩ để giả lập tự phóng cao. Nhóm cell tốt bám thành một chùm quanh ~20 µA, còn nhóm cell xấu tách hẳn ra — và khác biệt đã rõ trong vòng 20 phút.
Dữ liệu tự phóng thường lẫn nhiều nhiễu, khiến việc tách tốt/xấu khó hơn và kéo dài thời gian đo. BT2152B có sẵn thuật toán khử nhiễu dựa trên median subtraction và median fitting để xử lý phần lớn lượng nhiễu này.
BT2152B có những giới hạn nào cần biết trước?
Đây là phần dễ bị bỏ qua khi lập dự toán, nên xin nêu thẳng:
- Điện dung hiệu dụng của cell phải từ 100 F trở lên, và tích (C hiệu dụng × ESR) phải từ 50 s trở lên. Ngưỡng này loại trừ các cell quá nhỏ như pin cúc áo.
- Các cell trên những kênh khác nhau phải cách ly ≥ 10 MΩ — đo từ một cực của cell tới đất hoặc tới một cực của bất kỳ cell nào trên kênh khác. Đây là yêu cầu bắt buộc với đồ gá, không phải khuyến nghị.
- Phòng đặt máy phải giữ 20 – 30 °C và biến thiên nhiệt độ dưới 5 °C mỗi giờ. Với phép đo ở mức µV và µA, đây là điều kiện thực tế cần tính vào chi phí lắp đặt.
- Độ chính xác đo dòng ± (0,30 % + 250 nA) chỉ đúng kèm điều kiện: sau 15 giây trễ ổn định và khi dùng thời gian tích phân tối thiểu 1 phút. Trích con số mà bỏ điều kiện là trích sai.
- Máy cần 1 giờ khởi động sau khi bật nguồn.
- Nếu lắp tủ rack: ngoài bộ BT2184A còn bắt buộc phải có bộ ray E3663AC — bộ rack kit một mình là chưa đủ.
Về đấu nối, cáp BT2181A (2 m) và BT2182A (4 m) mỗi sợi phục vụ 16 kênh, dùng dây xoắn đôi, cả bó được bọc chống nhiễu và có thêm một lưới bện riêng bao quanh bó, và chân connector được phay chứ không dập — chân dập có điện trở cao hơn và tản mát hơn, đủ để ảnh hưởng tới phép đo ở mức này. Bo BT2180A chuyển một đầu DB37 thành hai hàng terminal vít cho 16 kênh, nhận dây 16 – 30 AWG. Ngoài ra còn có đồ gá kiểm tra BT2183A đưa cả 32 kênh ra cặp chân banana để soi máy bằng một đồng hồ vạn năng.
Phần mềm BT2155A làm được những gì?
Phần cứng cần phần mềm đi kèm. BT2155A điều khiển một máy BT2152B với tối đa 32 kênh, ghi lại dòng và áp của mọi kênh cùng một giá trị nhiệt độ cho cả nhóm cell (qua thermistor NTC 10 kΩ) — lưu ý là một cảm biến cho cả nhóm, không phải mỗi cell một cảm biến.
Phần mềm cho phép đặt cấu hình từng kênh: khớp áp và dòng ban đầu, các giới hạn OVP / OCP / UVP, chu kỳ đo và thời lượng test. Nó đo OCV ban đầu của từng cell trước khi bắt đầu, và cho chọn độ trễ từ lúc đo OCV tới lúc khởi động phép đo tự phóng. Dữ liệu lưu lại được, nạp lại được và xuất ra CSV.
Một tính năng đáng chú ý về mặt kỹ thuật: người dùng chỉnh được điện trở tổng hiệu dụng nối tiếp với cell để tối ưu thời gian ổn định RC, tức là tối ưu thời gian test. Việc hiệu chuẩn điện trở dây có hai cách, và chúng không tương đương:
- In-situ — hiệu chuẩn ngay khi cell đang nối vào máy. Kết quả bao gồm cả điện trở nối tiếp tương đương của bản thân cell.
- By-short — thay cell bằng thanh nối tắt. Cách này không bao gồm ESR của cell, và còn thêm một thành phần sai số do điện trở tiếp xúc thay đổi khi tháo shorts ra lắp cell vào.
Với thiết lập điện trở đầu ra từ 100 mΩ trở xuống, Keysight khuyến nghị hiệu chuẩn in-situ ngay trước khi đo. Theo tài liệu 5992-4211EN, BT2155A có bản dùng thử miễn phí 90 ngày, đủ để một nhà máy thử phương pháp này trên chính cell của mình trước khi quyết định.
Vì sao chủ đề này đáng quan tâm ở Việt Nam?
Việt Nam đã bước vào nhóm quốc gia thực sự sản xuất cell và hệ lưu trữ, chứ không chỉ lắp ráp pack. Tháng 4/2026, một nhà máy pin lưu trữ tại Hưng Yên được giới thiệu với công suất thiết kế 5 GWh/năm và mức tự động hoá trên 90 %. Trước đó, dự án nhà máy pin lithium 275 triệu USD tại Vũng Áng, Hà Tĩnh đã khởi công từ năm 2022. Gần đây, hai nhà sản xuất pin lớn của Trung Quốc cũng được ghi nhận đang cân nhắc đầu tư quy mô tỉ đô vào Việt Nam.
Với các dự án ở quy mô này, việc đo tự phóng pin Li-ion không còn là chi tiết kỹ thuật nhỏ. Nó quyết định diện tích nhà xưởng có điều hoà phải xây, lượng vốn nằm chết trong bán thành phẩm, và tốc độ phát hiện sai lệch quy trình. Đó là lý do phương pháp đo tự phóng đáng được cân nhắc ngay từ lúc thiết kế dây chuyền, chứ không phải sau khi đã vận hành.
Câu hỏi thường gặp
Đo dòng tự phóng có thay thế hoàn toàn phép đo ΔOCV không?
Không nhất thiết. Trong mô hình “Suspect Cell” mà Keysight đưa ra, bước sàng lọc đầu tiên vẫn dùng ΔOCV để tách nhanh cell rõ tốt và rõ xấu; phép đo dòng chỉ áp dụng cho nhóm “nghi ngờ” — và chính ở đó nó tiết kiệm nhiều nhất, rút giai đoạn lão hoá kéo dài của nhóm này từ 37 ngày xuống 7 ngày. Trong mô hình “Straight” thì phép đo dòng thay cho giai đoạn lão hoá 5 ngày cuối, áp dụng cho toàn bộ cell.
BT2152B đo được bao nhiêu cell cùng lúc?
Từ 4 đến 32 kênh, đặt theo bước 4 kênh (các tuỳ chọn từ -004 đến -032, chọn đúng một tuỳ chọn khi đặt hàng). Phần mềm BT2155A điều khiển một máy, nên 32 kênh cũng là trần của một hệ đo.
Cell nhỏ như pin cúc áo có đo được không?
Không. Máy yêu cầu điện dung hiệu dụng của cell tối thiểu 100 F, và tích của điện dung hiệu dụng với điện trở nối tiếp tương đương tối thiểu 50 s. Pin cúc áo nằm dưới ngưỡng này.
Cần chuẩn bị gì về môi trường lắp đặt?
Phòng đặt máy cần giữ nhiệt độ 20 – 30 °C với tốc độ biến thiên dưới 5 °C mỗi giờ, độ ẩm tối đa 95 % không ngưng tụ, độ cao không quá 2000 m. Máy cần 1 giờ khởi động sau khi bật, tiêu thụ dưới 200 W, nặng 10,2 kg và chiếm 2U trong tủ rack. Các cell trên những kênh khác nhau phải cách ly với nhau tối thiểu 10 MΩ.
Kết luận
Điểm mấu chốt khi đo tự phóng pin Li-ion theo cách này không nằm ở chỗ nó đo chính xác hơn, mà ở chỗ nó đo sớm hơn nhiều. Chờ điện áp hở mạch tụt đủ để kết luận là chờ một đại lượng tích luỹ chậm; đo thẳng dòng tự phóng là đọc ngay đại lượng đang gây ra sự tụt đó. Với một nhà máy cell, khoảng cách giữa “vài tuần” và “khoảng một giờ” chuyển thành mặt bằng, vốn lưu động và tốc độ sửa lỗi quy trình.
Đổi lại, phương pháp này đòi hỏi kỷ luật về điều kiện đo: nhiệt độ ổn định, đồ gá cách ly tốt, cáp đúng loại, và tôn trọng các điều kiện kèm theo thông số. Đó là một đánh đổi hợp lý, nhưng phải biết trước khi lập dự toán.
Techmaster Electronics là nhà phân phối uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam và vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025. Nếu bạn đang thiết lập dây chuyền cell hoặc phòng thử nghiệm pin, chúng tôi có thể tư vấn cấu hình phù hợp — từ máy phân tích tự phóng tới các thiết bị liên quan như mô-đun nguồn-đo SMU N6781A cho phân tích dòng tiêu thụ, hay tải điện tử DC EL33133A cho các kịch bản xả. Xem thêm toàn bộ giải pháp đo lường Keysight, hoặc liên hệ Techmaster để được tư vấn theo đúng loại cell và sản lượng của bạn.
Bài viết liên quan
- Giả lập pin IoT: mô hình trở kháng trong và kịch bản xả
- Đo dòng IoT: phân tích dòng tiêu thụ động cho thiết bị dùng pin
- Đo dòng điện cực nhỏ: chọn pico-ampe kế hay điện kế Keysight?
- Hệ nguồn tái sinh Keysight RP7900: nguồn DC hai chiều tiết kiệm điện
- Đo kiểm sạc xe điện: chuẩn giao diện và phép đo phía nguồn
- Keysight E4990A trong 4 ngành: linh kiện, ô tô điện, bán dẫn và pin
Nguồn kỹ thuật: Keysight Technologies, BT2152B Self-Discharge Analyzer / BT2155A Self-Discharge Analysis Software, tài liệu 5992-4211EN.
