Výzkum zařízení pro testování baterií pro synchronní detekci vnitřního odporu a napětí baterie

Abstrakt:

S rychlým rozvojem vozidel s novými zdroji energie, elektráren a odvětví lithiových baterií pro spotřebitele se bezpečnost, konzistence a životnost bateriových článků a bateriových bloků staly klíčovými zájmy tohoto odvětví. Vnitřní odpor a stejnosměrné napětí jsou dva základní parametry charakterizující stav baterie. Zařízení pro testování baterií umožňuje synchronní sběr dat o odporu a napětí baterie, provádění testovacích úkolů ve výrobě, třídění, laboratorním výzkumu a vývoji, detekci provozu a údržby a dalších scénářích. Zaměření na LISUN LS5562 Vysoce přesný vysokonapěťový tester vnitřního odporu baterií. Tento článek analyzuje technické principy, klíčové parametry, shodu se standardy a scénáře inženýrských aplikací zařízení pro testování baterií, porovnává technické ukazatele stejné produktové řady a diskutuje praktickou hodnotu vysokonapěťového zařízení pro testování baterií při testování výkonových baterií, akumulátorů energie a palivových článků. Poskytuje referenční základ pro kontrolu kvality výroby baterií a výběr testovacího zařízení pro výzkum a vývoj.

Úvod:

Vzhledem k rychlé expanzi nového energetického průmyslu stále roste produkce zařízení pro ukládání energie, jako jsou lithium-iontové baterie, vodíkové palivové články, olověné baterie a superkondenzátory. Od jednotlivých článků až po sestavené PACKY kladou bateriové produkty vyšší nároky na fázi testování. Vnitřní odpor baterie může odrážet problémy, jako je stárnutí vnitřních elektrod, degradace elektrolytu a vady svařování; napětí naprázdno přímo odráží stav nabití baterie. Kombinace těchto dvou faktorů je důležitým základem pro posouzení kvality baterie. Tradiční dvouvodičové detekční schémata jsou náchylná k zavádění odporu vedení a kontaktního odporu. U baterií s nízkým vnitřním odporem v řádu miliohmů je chyba měření velká, což znemožňuje splnění požadavků na testování vysokonapěťových výkonových baterií a vysokorychlostních výrobních linek.

Jakožto základní nástroj pro kontrolu kvality baterií se zařízení pro testování baterií široce používá při třídění článků po vyřazení z výroby, testech životnosti, detekci údržby bateriových bloků, analýze poruch a dalších úkolech. Technika měření AC čtyřpólového (Kelvinova) napětí je běžnou vysoce přesnou metodou testování vnitřního odporu baterií. Díky ní jsou budicí smyčka proudu a smyčka vzorkování napětí navzájem nezávislé, čímž se eliminují odchylky měření způsobené měřicími vodiči, dosahuje se měření vnitřního odporu na úrovni mikroohmů a zároveň se synchronně shromažďují data o stejnosměrném napětí, aby se splnily zkušební požadavky domácích i mezinárodních norem, jako jsou GB/T 31484-2015 a IEC 62133-1:2017. LISUN LS5562 Vysoce přesný tester vnitřního odporu baterií pro vysokonapěťové testování je zařízení pro testování baterií vyvinuté pro bateriový průmysl. Dokáže současně detekovat parametry odporu a napětí, podporovat automatické propojení výrobních linek a přizpůsobit se potřebám testování vysokonapěťových sériově zapojených baterií, knoflíkových baterií, superkondenzátorů, palivových článků a dalších vzorků. Podrobnosti naleznete na odkazu na produkt: [https://www.lisungroup.cn/products/8724.html](https://www.lisungroup.cn/products/8724.html).

1 Technický princip synchronní detekce vnitřního odporu baterie a napětí

Zařízení pro testování baterií používá pro testování vnitřního odporu čtyřpólové měření střídavého proudu (čtyřvodičová metoda Kelvina). Buzení je malý střídavý signál o frekvenci 1 kHz: jeden pár svorek vysílá budicí střídavý proud a druhý pár sbírá napěťový signál na obou koncích baterie. Vstupní impedance smyčky pro vzorkování napětí je extrémně vysoká a smyčkou neprotéká téměř žádný proud, takže odpor způsobený měřicími vodiči a kontakty sondy není zahrnut do měřeného vnitřního odporu baterie, čímž se dosahuje přesného měření na úrovni miliohmů nebo dokonce mikroohmů. Přístroj synchronně sbírá stejnosměrné napětí baterie, což umožňuje synchronní výstup dvou parametrů, odporu R a napětí V.

Indikátor vnitřního odporu dokáže citlivě odrážet vnitřní stav baterie: když baterie stárne, elektrolyt se rozpadá nebo je svařování kontaktů vadné, hodnota vnitřního odporu výrazně stoupá; napětí se používá k posouzení konzistence článků. Pokud je rozptyl napětí jednotlivých článků ve vícečlánkové baterii příliš velký, zkrátí se životnost celé sady a představuje se riziko tepelného úniku, což představuje bezpečnostní riziko. Pouze tehdy, když zařízení pro testování baterií získává současně data o vnitřním odporu i napětí, může provést posouzení stupnice HI/IN/LO a rozlišit kvalifikované, mírně vysoké a nekvalifikované vzorky. Běžný multimetr dokáže provést pouze měření napětí a má nedostatečnou přesnost měření vnitřního odporu, takže nemůže nahradit specializované zařízení pro testování baterií pro posouzení kvality.

Jedno LS5562 Zařízení pro testování baterií integruje měření vnitřního odporu střídavého proudu a měření stejnosměrného napětí. Je vybaveno komparátorem a podporuje 10stupňové třídění. Dokáže provádět nezávislé prahové hodnocení odporu a napětí a také realizovat komplexní logické posouzení kombinující oba parametry, vydávat výsledky PASS/FAIL a přizpůsobovat se automatizovanému třídění na výrobní lince. Má také funkci kontroly kontaktu testovacích vodičů. Pokud jsou sondy ve špatném kontaktu, lze identifikovat abnormalitu, aby se zabránilo chybným testovacím datům na výrobní lince a zvýšila se spolehlivost detekce dávek.

2 Analýza technických parametrů LISUN LS5562 Zařízení pro testování baterií

Jedno LISUN LS5562 patří k vysokonapěťovým, vysoce přesným zařízením pro testování baterií a stejná řada zahrnuje i LS5560 a LS5562A modely. LS5562A podporuje vysokonapěťový vstup až do 300 V DC a je vhodný pro testování vysokonapěťových bateriových modulů, přičemž jmenovité vstupní napětí LS5560 a LS5562 je 60 V DC. Přístroj je vybaven 4.3palcovým barevným LCD displejem, který současně zobrazuje odpor R a napětí V; minimální rozlišení vnitřního odporu může dosáhnout 0.1 μΩ, rozlišení napětí je až 10 μV a maximální rychlost měření je 100krát za sekundu, což splňuje požadavky pro vysokorychlostní vzorkování a třídění na hromadné výrobní lince.

Tabulka 1 Porovnání hlavních specifikačních parametrů LISUN LS5560, LS5562 a LS5562A

Z porovnání parametrů je patrné, že ve srovnání s LS5560se LS5562 rozšiřuje rozsah měření odporu o dva další převodové stupně 300Ω a 3000Ω, takže může testovat jak nízkoodporové výkonové baterie na úrovni miliohmů, tak i části baterií a bateriových sestav s vysokým vnitřním odporem; LS5562A je zaměřen na sériově zapojené vysokonapěťové moduly se vstupním napětím 300 V DC a přizpůsobuje se potřebám detekce vícesériových lithiových baterií pro elektromobily.

Přístroj je konfigurován se čtyřmi rychlostmi vzorkování: EX.FAST (4 ms), FAST (12 ms), MEDIUM (42 ms) a SLOW (157 ms). Režim vysoké rychlosti se používá pro rychlé screening velkých dávek na výrobních linkách, zatímco režim pomalé rychlosti dále zlepšuje stabilitu měření a je vhodný pro laboratorní testy ve výzkumu a vývoji. Co se týče přesnosti měření, rozsah nízkého odporu 3 mΩ-30 mΩ je ±0.5 % rdg.±10 digitů; přesnost rozsahu 30 mΩ-3000 Ω je ±0.5 % rdg.±5 digitů; přesnost měření stejnosměrného napětí dosahuje ±0.01 % rdg.±3 digitů, což splňuje požadavky na vysoce přesnou detekci.

Na komunikační úrovni jsou podporovány protokoly SCPI a Modbus-RTU. Třídicí rozhraní HANDLER se přímo připojuje k automatickému třídicímu zařízení bez dalšího softwaru a výsledky testů lze přímo nahrát do počítače přes USB. Konfigurace parametrů přístroje podporuje uložení 50 nastavení v přístroji a 500 na U-disk, což umožňuje rychlé vyvolání testovacích schémat pro různé typy baterií a zkracuje dobu uvedení výrobní linky do provozu. Funkce kontroly kontaktu testovacích vodičů dokáže identifikovat virtuální připojení nebo uvolnění sond, čímž snižuje počet neplatných dat při dávkovém testování z hardwarové úrovně, což má vysokou praktickou hodnotu pro automatizované výrobní linky.

Tester baterií LS5562 AL3

3 Kompatibilní oborové standardy a aplikační scénáře

Toto zařízení pro testování baterií splňuje zkušební podmínky řady domácích i mezinárodních norem pro baterie, včetně GB/T 31484-2015 „Požadavky na životnost a zkušební metody pro trakční baterie elektrických vozidel“, GB/T 31485-2015 „Bezpečnostní požadavky a zkušební metody pro trakční baterie elektrických vozidel“, GB/T 18287-2013 „Obecná specifikace lithium-iontových baterií a bateriových sad pro mobilní telefony“, GB/T 22473-2013 „Obecné požadavky na lithium-iontové baterie a bateriové sady používané k ukládání energie“, a je také kompatibilní s mezinárodními normami IEC 61960-1:2017 a IEC 62133-1:2017 a lze jej použít pro laboratorní standardní testy a kontrolu kvality ve výrobě.

Hlavní scénáře použití LS5562 Zařízení pro testování baterií jsou:

1. Kontrola kvality lithiových baterií v hromadné výrobě: vysokorychlostní třídění spotřebitelských lithiových baterií a knoflíkových baterií ve výrobním závodě, synchronní sběr vnitřního odporu a napětí, screening článků s kvalifikovanou konzistencí a eliminace článků se svarovými vadami a vnitřními abnormalitami;
2. Testování napájecích baterií a vysokonapěťových bateriových bloků: měření vnitřního odporu a napětí lithiových bateriových modulů pro elektromobily a vícečlánkových sériových vysokonapěťových lithiových baterií za účelem vyhodnocení konzistence jednotlivých článků po sestavení;
3. Testování baterií pro ukládání energie a UPS: posouzení degradace olověných baterií a lithiových baterií pro ukládání energie, pravidelná detekce provozu a údržby a predikce poklesu životnosti baterií;
4. Speciální testování baterií: testování odporu a napětí sad palivových článků a vodíkových palivových článků; sériové testování vnitřního odporu superkondenzátorů ekvivalentním ESR;
5. Laboratorní výzkum a vývoj a analýza poruch: sledování změn vnitřního odporu a napětí během cyklického stárnutí baterie, studium zákonů úbytku energie baterie a diagnostika vadných vzorků;
6. Automatizovaná integrace systému: spolupráce s automatickými třídicími mechanismy pro budování plně automatických testovacích stanic pro baterie, realizace bezobslužné detekce hromadných produktů s automatickým ukládáním a archivací výsledků testů.

V reálné výrobě, pokud se třídění spoléhá pouze na napětí, některé vadné články s abnormálním vnitřním odporem, ale normálním napětím, potečou do dalšího procesu; spoléhání se pouze na vnitřní odpor nemůže identifikovat přebité nebo podpětí článků. Zařízení pro testování baterií musí provádět synchronní měření vnitřního odporu a napětí a pouze společným posouzením obou rozměrů lze dosáhnout spolehlivého screeningu a snížit riziko selhání následných PACK.

4 klíčové body pro výběr a použití zařízení pro testování baterií

Při výběru zařízení pro testování baterií je nutné komplexně zvážit maximální rozsah napětí, rozsah vnitřního odporu a požadavky na rychlost výrobní linky testované baterie. U jednotlivých článků nebo nízkonapěťových modulů do 60 V platí... LS5562 může pokrýt od výkonových baterií na úrovni miliohmů až po bateriové sestavy na úrovni kiloohmů; u vysokonapěťových bateriových modulů LS5562A Model by měl být vybrán tak, aby splňoval výdržné napětí 300 V DC.

Při skutečném testování, ačkoli zařízení pro testování čtyřpólových baterií střídavého proudu dokáže eliminovat odpor vodičů, oxidace, nedostatečný tlak a povrchová kontaminace sond způsobí nestabilní kontakt. Pro včasnou identifikaci abnormalit kontaktu by měla být správně použita vlastní funkce kontroly kontaktu přístroje. Ve vysokorychlostním režimu EX.FAST se k přesnosti měření připočítají další chyby v čísle, proto se pro testy výzkumu a vývoje doporučuje režim MEDIUM nebo SLOW, aby byla zajištěna přesnost dat. Při použití na automatizovaných výrobních linkách by měl být přístroj pravidelně kalibrován a testovací sondy pravidelně udržovány, aby byla zaručena opakovatelnost dat při dlouhodobém dávkovém testování.

Zároveň tento typ zařízení pro testování baterií provádí testování vnitřního odporu střídavého proudu, což se liší od vnitřního odporu stejnosměrného výboje. Fyzikální významy těchto dvou pojmů se liší, proto je při testování nutné rozlišovat zkušební metody specifikované v normách a přizpůsobit je odpovídajícím zkušebním podmínkám.

Závěr 5

Na pozadí vysoce kvalitního rozvoje odvětví nových energetických baterií, zařízení pro testování baterií je nepostradatelným nástrojem pro zajištění konzistence a bezpečnosti bateriových produktů. Vnitřní odpor a napětí, jako dva klíčové indikátory baterií, musí být detekovány synchronně, aby bylo možné plně vyhodnotit stav baterie. LISUN LS5562 Vysoce přesný tester vnitřního odporu baterií pro vysoké napětí využívá techniku ​​měření AC na čtyřech svorkách, má rozlišení na úrovni mikroohmů, pokrytí více rozsahů, vysokorychlostní testování a bohatá komunikační rozhraní, je kompatibilní s mnoha národními i mezinárodními normami a zohledňuje jak laboratorní výzkum a vývoj, tak automatizované testování ve výrobní lince. Lze jej použít k testování různých zařízení pro ukládání energie, jako jsou lithiové baterie, akumulátory energie, palivové články a superkondenzátory.

S neustálým vývojem technologie baterií se stávají stále běžnějšími vysokonapěťové a velkokapacitní baterie, což klade vyšší požadavky na výdržné napětí, přesnost, odolnost proti rušení a automatizační schopnosti testovacích zařízení baterií. Při skutečném výběru a aplikaci by měla být odpovídající specifikace testovacího zařízení baterií vybrána podle napětí, rozsahu vnitřního odporu a scénáře použití testovaného objektu a provozní postupy by měly být standardizovány, aby se plně využila hodnota synchronní detekce vnitřního odporu a napětí, snížila se bezpečnostní rizika pro baterie a pomohlo se zlepšit kvalitu bateriových produktů.