Istraživanje opreme za ispitivanje baterija za sinkrono otkrivanje unutarnjeg otpora i napona baterije

Sažetak:

S brzim razvojem novih energetskih vozila, elektrana za pohranu energije i industrije litijevih baterija za široku potrošnju, sigurnost, konzistentnost i procjena vijeka trajanja baterijskih ćelija i baterijskih sklopova postali su ključni problemi industrije. Unutarnji otpor i istosmjerni napon dva su ključna parametra koja karakteriziraju stanje baterije. Oprema za ispitivanje baterija može postići sinkrono prikupljanje podataka o otporu i naponu baterije, dovršavajući testne zadatke u proizvodnom sortiranju, laboratorijskom istraživanju i razvoju, detekciji rada i održavanja te drugim scenarijima. Fokusirajući se na LISUN LS5562 Visokonaponski, visokoprecizni ispitivač unutarnjeg otpora baterija, ovaj rad analizira tehnička načela, ključne parametre, usklađenost sa standardima i scenarije inženjerske primjene opreme za ispitivanje baterija, uspoređuje tehničke pokazatelje iste serije proizvoda i raspravlja o praktičnoj vrijednosti visokonaponske opreme za ispitivanje baterija u ispitivanju baterija, baterija za pohranu energije i gorivnih ćelija, pružajući referentnu osnovu za inspekciju kvalitete proizvodnje baterija i odabir opreme za ispitivanje za istraživanje i razvoj.

Uvod:

U kontekstu brzog širenja nove energetske industrije, proizvodnja uređaja za pohranu energije poput litij-ionskih baterija, vodikovih gorivnih ćelija, olovno-kiselinskih baterija i superkondenzatora nastavlja rasti. Od pojedinačnih ćelija do sastavljenih PACK-ova, baterijski proizvodi postavljaju veće zahtjeve u fazi ispitivanja. Unutarnji otpor baterije može odražavati probleme poput starenja unutarnjih elektroda, degradacije elektrolita i nedostataka zavarivanja; napon otvorenog kruga izravno odražava stanje napunjenosti baterije. Kombinacija ta dva važna je osnova za procjenu kvalitete baterije. Tradicionalne dvožične sheme detekcije sklone su uvođenju otpora olova i kontaktnog otpora. Za baterije s niskim unutarnjim otporom u rasponu od milioma, pogreška mjerenja je velika, što onemogućuje ispunjavanje zahtjeva ispitivanja visokonaponskih baterija i proizvodnih linija velike brzine.

Kao ključni instrument za kontrolu kvalitete baterija, oprema za ispitivanje baterija široko se koristi u sortiranju tvorničkih ćelija, ispitivanjima vijeka trajanja, otkrivanju održavanja baterijskih paketa, analizi kvarova i drugim zadacima. Tehnika mjerenja AC četveroterminalnog (Kelvin) napona je glavna visokoprecizna metoda ispitivanja unutarnjeg otpora baterija. Čini petlju pobude struje i petlju uzorkovanja napona neovisnima jedna o drugoj, eliminirajući odstupanje mjerenja uzrokovano ispitnim vodovima, postižući mjerenje unutarnjeg otpora na razini mikro-ohma, dok istovremeno prikuplja podatke o istosmjernom naponu kako bi se zadovoljili zahtjevi ispitivanja domaćih i međunarodnih standarda kao što su GB/T 31484-2015 i IEC 62133-1:2017. LISUN LS5562 Visokonaponski, visokoprecizni tester unutarnjeg otpora baterija je oprema za ispitivanje baterija razvijena za industriju baterija. Može istovremeno izvršiti detekciju parametara otpora i napona, podržati automatsko umrežavanje proizvodne linije i prilagoditi se potrebama testiranja visokonaponskih serijski spojenih baterijskih paketa, gumbastih baterija, superkondenzatora, gorivnih ćelija i drugih uzoraka. Za detalje pogledajte poveznicu na proizvod: [https://www.lisungroup.cn/products/8724.html](https://www.lisungroup.cn/products/8724.html).

1 Tehnički princip sinkronog otkrivanja unutarnjeg otpora baterije i napona

Oprema za ispitivanje baterija koristi mjerenje izmjenične struje na četiri terminala (Kelvinova metoda s četiri žice) za ispitivanje unutarnjeg otpora. Pobuda ispitivanja je mali izmjenični signal od 1 kHz: jedan par terminala daje izlaz izmjenične struje pobude, a drugi par prikuplja signal napona na oba kraja baterije. Ulazna impedancija petlje za uzorkovanje napona je izuzetno visoka i kroz petlju gotovo da ne teče struja, tako da otpor uzrokovan ispitnim vodovima i kontaktom sonde nije uključen u izmjereni unutarnji otpor baterije, postižući točno mjerenje na razini milioma ili čak mikrooma. Instrument sinkrono prikuplja istosmjerni napon baterije, omogućujući sinkroni izlaz dva parametra, otpora R i napona V.

Indikator unutarnjeg otpora može osjetljivo odražavati unutarnje stanje baterije: kada baterija stari, elektrolit se raspada ili je zavarivanje jezička neispravno, vrijednost unutarnjeg otpora značajno raste; napon se koristi za procjenu konzistentnosti ćelija. Ako je disperzija napona pojedinačnih ćelija u višećelijskom baterijskom paketu prevelika, to će skratiti vijek trajanja cijelog paketa i predstavljati rizik od termičkog prenapona. Samo kada oprema za ispitivanje baterija istovremeno prikupi podatke o unutarnjem otporu i naponu, može dovršiti procjenu ocjenjivanja HI/IN/LO i razlikovati kvalificirane, malo visoke i nekvalificirane uzorke. Obični multimetar može dovršiti samo mjerenje napona i nema dovoljnu točnost mjerenja unutarnjeg otpora, pa ne može zamijeniti namjensku opremu za ispitivanje baterija za procjenu kvalitete.

The LS5562 Oprema za ispitivanje baterija integrira mjerenje unutarnjeg otpora izmjenične struje i mjerenje istosmjernog napona. Ugrađen je s komparatorom i podržava sortiranje s 10 stupnjeva prijenosa. Može neovisno procijeniti prag otpora i napona, a također može ostvariti sveobuhvatnu logičku procjenu kombinirajući dva parametra, dajući rezultate PASS/FAIL i prilagođavajući se automatiziranom sortiranju na proizvodnoj liniji. Također ima funkciju provjere kontakta ispitnih vodova. Kada su sonde u lošem kontaktu, može se identificirati abnormalnost kako bi se izbjegli pogrešni podaci ispitivanja na proizvodnoj liniji i poboljšala pouzdanost detekcije serije.

2 Analiza tehničkih parametara LISUN LS5562 Oprema za testiranje baterija

The LISUN LS5562 pripada visokonaponskoj, visokopreciznoj opremi za ispitivanje baterija, a ista serija uključuje i LS5560 i LS5562A modeli. The LS5562A podržava visokonaponski ulaz do 300 VDC i pogodan je za testiranje visokonaponskih baterijskih modula, dok je nazivni ulazni napon LS5560 i LS5562 je 60 VDC. Instrument je opremljen 4.3-inčnim LCD zaslonom u boji koji istovremeno prikazuje otpor R i napon V; minimalna rezolucija unutarnjeg otpora može doseći 0.1 μΩ, rezolucija napona je do 10 μV, a najveća brzina ispitivanja je 100 puta/sekundi, što zadovoljava zahtjeve uzorkovanja i sortiranja na masovnoj proizvodnoj liniji velike brzine.

Tablica 1 Usporedba glavnih parametara specifikacije LISUN LS5560, LS5562 i LS5562A

Iz usporedbe parametara može se vidjeti da u usporedbi s LS5560 je LS5562 proširuje raspon otpora s dva dodatna zupčanika od 300Ω i 3000Ω, tako da može testirati i niski unutarnji otpor baterija na razini milioma i dio baterija za pohranu energije i sklopova baterija s visokim unutarnjim otporom; LS5562A orijentiran je na visokonaponske serijski spojene module, s ulaznim naponom od 300 V DC, prilagođavajući se potrebama detekcije višeserijskih litijevih baterijskih paketa za električna vozila.

Instrument je konfiguriran s četiri brzine uzorkovanja: BRZO (4ms), BRZO (12ms), SREDNJE (42ms) i SPORO (157ms). Način rada velike brzine koristi se za brzo probir velikih serija na proizvodnim linijama, dok način rada male brzine dodatno poboljšava stabilnost mjerenja i prikladan je za laboratorijska ispitivanja istraživanja i razvoja. Što se tiče točnosti mjerenja, raspon niskog otpora od 3mΩ-30mΩ iznosi ±0.5%rdg.±10dgt; točnost raspona od 30mΩ-3000Ω iznosi ±0.5%rdg.±5dgt; točnost mjerenja istosmjernog napona doseže ±0.01%rdg.±3dgt, zadovoljavajući zahtjeve za visokopreciznu detekciju.

Na komunikacijskoj razini podržani su protokoli SCPI i Modbus-RTU. Sučelje za sortiranje HANDLER izravno se povezuje s opremom za automatsko sortiranje bez dodatnog softvera, a rezultati ispitivanja mogu se izravno prenijeti na računalo putem USB-a. Konfiguracija parametara instrumenta podržava spremanje 50 postavki u instrumentu i 500 na U-disku, što omogućuje brzo pozivanje shema ispitivanja za različite vrste baterija i smanjuje vrijeme puštanja proizvodne linije u pogon. Funkcija provjere kontakta ispitnog kabela može identificirati virtualnu vezu ili labavost sondi, smanjujući nevažeće podatke u serijskom ispitivanju s hardverske razine, što ima visoku praktičnu vrijednost za automatizirane proizvodne linije.

Tester akumulatora LS5562 AL3

3 usklađena industrijska standarda i scenarija primjene

Ova oprema za ispitivanje baterija podržava uvjete ispitivanja više domaćih i međunarodnih standarda za baterije, uključujući GB/T 31484-2015 „Zahtjevi za životni vijek i metode ispitivanja za trakcijske baterije električnih vozila“, GB/T 31485-2015 „Sigurnosni zahtjevi i metode ispitivanja za trakcijske baterije električnih vozila“, GB/T 18287-2013 „Opće specifikacije litij-ionskih baterija i baterijskih sklopova za mobilne telefone“, GB/T 22473-2013 „Opći zahtjevi za litij-ionske baterije i baterijske sklopove koji se koriste u skladištenju energije“, a također je kompatibilna s međunarodnim standardima IEC 61960-1:2017 i IEC 62133-1:2017 te se može koristiti za laboratorijska standardna ispitivanja i tvorničku inspekciju kvalitete.

Glavni scenariji primjene LS5562 Oprema za ispitivanje baterija je:

1. Inspekcija kvalitete masovne proizvodnje litijevih baterija: brzo sortiranje potrošačkih litijevih baterija i gumbastih baterija u tvornici, sinkrono prikupljanje unutarnjeg otpora i napona, probir ćelija s kvalificiranom konzistentnošću i uklanjanje ćelija s nedostacima zavarivanja i unutarnjim abnormalnostima;
2. Ispitivanje baterija i visokonaponskih baterijskih sklopova: mjerenje unutarnjeg otpora i napona litijevih baterijskih modula električnih vozila i višećelijskih serijskih visokonaponskih litijevih baterija radi procjene konzistentnosti pojedinačnih ćelija nakon sastavljanja;
3. Ispitivanje baterija za pohranu energije i UPS: procjena degradacije olovnih baterija i litijevih baterija za pohranu energije, periodično otkrivanje rada i održavanja te predviđanje smanjenja vijeka trajanja baterije;
4. Specijalna ispitivanja baterija: ispitivanje otpora i napona snopova gorivnih ćelija i vodikovih gorivnih ćelija; ESR ekvivalentno serijsko ispitivanje unutarnjeg otpora superkondenzatora;
5. Laboratorijsko istraživanje i razvoj te analiza kvarova: praćenje promjena unutarnjeg otpora i napona tijekom ciklusa starenja baterije, proučavanje zakona raspadanja baterije i dijagnosticiranje neispravnih uzoraka;
6. Automatizirana integracija sustava: suradnja s automatskim mehanizmima sortiranja za izgradnju potpuno automatskih stanica za testiranje baterija, ostvarujući nenadzirano otkrivanje masovnih proizvoda, s automatskim pohranjivanjem i arhiviranjem rezultata ispitivanja.

U stvarnoj proizvodnji, ako se sortiranje oslanja samo na napon, neke neispravne ćelije s abnormalnim unutarnjim otporom, ali normalnim naponom, preći će u sljedeći proces; oslanjanje samo na unutarnji otpor ne može identificirati prepunjene ili podnaponske ćelije. Oprema za ispitivanje baterija mora ostvariti sinkrono mjerenje unutarnjeg otpora i napona, a samo zajedničkom procjenom dviju dimenzija može se postići pouzdano probir i smanjiti rizik od kvarova nizvodnog PACK-a.

4 ključne točke za odabir i korištenje opreme za ispitivanje baterija

Prilikom odabira opreme za ispitivanje baterija, potrebno je sveobuhvatno uzeti u obzir maksimalni raspon napona, raspon unutarnjeg otpora i zahtjeve brzine proizvodne linije testirane baterije. Za pojedinačne ćelije ili niskonaponske module unutar 60 V, LS5562 može pokriti od baterija na razini milioma do sklopova baterija na razini kilooma; za visokonaponske baterijske module, LS5562A Model treba odabrati tako da zadovoljava podnošljivi napon od 300 VDC.

U stvarnom testiranju, iako oprema za ispitivanje AC baterija s četiri terminala može eliminirati otpor vodova, oksidacija, nedovoljan tlak i površinska kontaminacija sondi uzrokovat će nestabilan kontakt. Vlastita funkcija provjere kontakta instrumenta treba se pravilno koristiti kako bi se na vrijeme identificirale abnormalnosti kontakta. U EX.FAST načinu rada velike brzine, dodatne pogreške znamenki bit će dodane točnosti mjerenja, pa se za R&D ispitivanja preporučuje SREDNJI ili SPORI način rada kako bi se osigurala točnost podataka. Kada se koristi na automatiziranim proizvodnim linijama, instrument treba redovito kalibrirati, a sonde za ispitivanje redovito održavati kako bi se jamčila ponovljivost podataka dugoročnog serijskog ispitivanja.

Istovremeno, ova vrsta opreme za ispitivanje baterija dovršava ispitivanje unutarnjeg otpora AC, što se razlikuje od unutarnjeg otpora DC pražnjenja. Fizička značenja ova dva su različita, pa je tijekom ispitivanja potrebno razlikovati metode ispitivanja navedene u standardima i uskladiti ih s odgovarajućim uvjetima ispitivanja.

5 Zaključak

U kontekstu visokokvalitetnog razvoja industrije novih energetskih baterija, oprema za testiranje baterija je nezamjenjiv alat za osiguranje konzistentnosti i sigurnosti baterijskih proizvoda. Unutarnji otpor i napon, kao dva ključna pokazatelja baterija, moraju se detektirati sinkronizirano kako bi se u potpunosti procijenilo stanje baterije. LISUN LS5562 Visokonaponski, visokoprecizni tester unutarnjeg otpora baterije koristi tehniku ​​mjerenja AC s četiri terminala, ima rezoluciju na razini mikro-oma, višestruko pokrivanje raspona, brzo testiranje i bogata komunikacijska sučelja, kompatibilan je s više nacionalnih i međunarodnih standarda te uzima u obzir laboratorijska istraživanja i razvoj te automatizirano testiranje na tvorničkoj proizvodnoj liniji. Može se koristiti za testiranje različitih uređaja za pohranu energije kao što su litijeve baterije, baterije za pohranu energije, gorivne ćelije i superkondenzatori.

Kako se tehnologija baterija nastavlja razvijati, visokonaponske i baterije velikog kapaciteta postaju sve češće, postavljajući veće zahtjeve na izdržljivost napona, točnost, otpornost na smetnje i mogućnosti automatizacije opreme za ispitivanje baterija. Prilikom stvarnog odabira i primjene, odgovarajuća specifikacija opreme za ispitivanje baterija treba biti odabrana prema naponu, rasponu unutarnjeg otpora i scenariju primjene ispitivanog objekta, a postupci rada trebaju biti standardizirani, kako bi se u potpunosti iskoristila vrijednost sinkrone detekcije unutarnjeg otpora i napona, smanjili sigurnosni rizici za baterije i pomoglo u poboljšanju kvalitete baterijskih proizvoda.