Pil İç Direnci ve Geriliminin Senkronize Tespiti için Pil Test Cihazları Üzerine Araştırma

Özet:

Yeni enerji araçlarının, enerji depolama santrallerinin ve tüketici lityum pil endüstrilerinin hızlı gelişimiyle birlikte, pil hücrelerinin ve pil paketlerinin güvenliği, tutarlılığı ve ömür değerlendirmesi sektörün en önemli endişeleri haline gelmiştir. İç direnç ve DC voltajı, pil sağlığı durumunu karakterize eden iki temel parametredir. Pil test ekipmanı Üretim aşamasındaki sıralama, laboratuvar Ar-Ge çalışmaları, işletme ve bakım tespiti ve diğer senaryolarda test görevlerini tamamlayarak, pil direnci ve voltaj verilerinin eş zamanlı olarak elde edilmesini sağlayabilir. Odak noktası şudur: LISUN LS5562 Bu makale, yüksek voltajlı, yüksek hassasiyetli pil iç direnç test cihazının teknik prensiplerini, temel parametrelerini, standartlara uygunluğunu ve mühendislik uygulama senaryolarını analiz etmekte, aynı ürün serisinin teknik göstergelerini karşılaştırmakta ve güç pilleri, enerji depolama pilleri ve yakıt hücrelerinin testinde yüksek voltajlı pil test cihazının pratik değerini tartışarak, pil üretim kalite kontrolü ve Ar-Ge test ekipmanı seçimi için bir referans temeli sağlamaktadır.

Giriş:

Yeni enerji sektörünün hızlı genişlemesiyle birlikte, lityum iyon piller, hidrojen yakıt hücreleri, kurşun-asit piller ve süper kapasitörler gibi enerji depolama cihazlarının üretimi de artmaya devam etmektedir. Tek hücrelerden birleştirilmiş paketlere kadar, pil ürünleri test aşamasında daha yüksek gereksinimler ortaya koymaktadır. Pil iç direnci, iç elektrot yaşlanması, elektrolit bozulması ve kaynak kusurları gibi sorunları yansıtabilir; açık devre voltajı ise pilin şarj durumunu doğrudan yansıtır. İkisinin birleşimi, pil kalitesini değerlendirmek için önemli bir temel oluşturmaktadır. Geleneksel iki telli algılama yöntemleri, kurşun direnci ve temas direncini ortaya çıkarmaya eğilimlidir. Miliohm aralığındaki düşük iç dirençli piller için ölçüm hatası büyüktür ve bu da yüksek voltajlı güç pillerinin ve yüksek hızlı üretim hatlarının test gereksinimlerini karşılamayı imkansız hale getirmektedir.

Pil kalite kontrolünün temel aracı olarak pil test ekipmanları, hücre fabrikası çıkışı ayıklama, çevrim ömrü testleri, pil paketi bakım tespiti, arıza analizi ve diğer görevlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. AC dört terminalli (Kelvin) ölçüm tekniği, yüksek hassasiyetli pil iç direnci testinde kullanılan ana yöntemdir. Akım uyarı döngüsünü ve voltaj örnekleme döngüsünü birbirinden bağımsız hale getirerek, test uçlarından kaynaklanan ölçüm sapmasını ortadan kaldırır ve mikro-ohm seviyesinde iç direnç ölçümü sağlar; aynı zamanda GB/T 31484-2015 ve IEC 62133-1:2017 gibi yerli ve uluslararası standartların test gereksinimlerini karşılamak için DC voltaj verilerini eş zamanlı olarak toplar. LISUN LS5562 Yüksek voltajlı, yüksek hassasiyetli pil iç direnç test cihazı, pil endüstrisi için geliştirilmiş bir pil test ekipmanıdır. Direnç ve voltaj parametrelerinin eş zamanlı olarak tespitini yapabilir, otomatik üretim hattı ağını destekler ve yüksek voltajlı seri bağlı pil paketleri, düğme piller, süper kapasitörler, yakıt hücreleri ve diğer numunelerin test ihtiyaçlarına uyum sağlar. Ayrıntılar için lütfen ürün bağlantısına bakın: [https://www.lisun[group.cn/products/8724.html](https://www.lisungroup.cn/products/8724.html).

1. Pil İç Direnci ve Geriliminin Eş Zamanlı Algılanmasının Teknik Prensibi

Pil test cihazı, iç direnç testi için AC dört terminalli ölçüm (Kelvin dört telli yöntem) kullanır. Test uyarımı 1 kHz'lik AC küçük bir sinyaldir: terminallerin bir çifti AC uyarı akımını verir ve diğer çift pilin her iki ucundaki voltaj sinyalini toplar. Voltaj örnekleme döngüsünün giriş empedansı son derece yüksektir ve döngüden neredeyse hiç akım geçmez, bu nedenle test uçları ve prob temasından kaynaklanan direnç ölçülen pil iç direncine dahil edilmez, böylece miliohm veya hatta mikroohm seviyesinde doğru ölçüm elde edilir. Cihaz, pilin DC voltajını senkronize olarak toplar ve bu sayede direnç R ve voltaj V olmak üzere iki parametrenin senkronize olarak çıkışını sağlar.

İç direnç göstergesi, pilin iç durumunu hassas bir şekilde yansıtabilir: pil eskidiğinde, elektrolit bozulduğunda veya bağlantı noktalarında arıza olduğunda, iç direnç değeri önemli ölçüde artar; voltaj ise hücre tutarlılığını değerlendirmek için kullanılır. Çok hücreli bir pil paketindeki tek hücrelerin voltaj dağılımı çok büyükse, tüm paketin ömrünü kısaltır ve termal kaçış güvenlik tehlikesi riski oluşturur. Pil test ekipmanı, hem iç direnç hem de voltaj verilerini aynı anda elde ettiğinde, HI/IN/LO sınıflandırmasını tamamlayabilir ve nitelikli, biraz yüksek ve niteliksiz örnekleri ayırt edebilir. Sıradan bir multimetre yalnızca voltaj ölçümü yapabilir ve iç direnç ölçüm doğruluğu yetersizdir, bu nedenle kalite değerlendirmesi için özel pil test ekipmanının yerini alamaz.

MKS LS5562 Akü test cihazı, AC iç direnç ölçümü ve DC voltaj ölçümünü entegre eder. Dahili bir karşılaştırıcıya sahiptir ve 10 kademeli sıralamayı destekler. Direnç ve voltaj üzerinde bağımsız eşik değerlendirmesi yapabilir ve ayrıca iki parametreyi birleştirerek kapsamlı mantıksal değerlendirme gerçekleştirebilir, GEÇTİ/KALDI sonuçları verebilir ve otomatik üretim hattı sıralamasına uyum sağlayabilir. Ayrıca test ucu temas kontrolü fonksiyonuna da sahiptir. Problar zayıf temas halindeyken, üretim hattında hatalı test verilerinin önlenmesi ve parti tespitinin güvenilirliğinin artırılması için anormallik tespit edilebilir.

2. Teknik Parametre Analizi LISUN LS5562 Akü Test Cihazları

MKS LISUN LS5562 Yüksek voltajlı, yüksek hassasiyetli pil test ekipmanlarına aittir ve aynı seri şunları içerir: LS5560 hem de LS5562A modelleri. LS5562A 300VDC'ye kadar yüksek voltaj girişini destekler ve yüksek voltajlı batarya modülü testleri için uygundur; nominal giriş voltajı ise... LS5560 hem de LS5562 Cihaz 60VDC ile çalışır. 4.3 inçlik renkli LCD ekranı bulunan cihaz, direnç R ve gerilim V'yi aynı anda görüntüler; iç direncin minimum çözünürlüğü 0.1μΩ'a, gerilim çözünürlüğü 10μV'a kadar ulaşabilir ve en hızlı test hızı saniyede 100 defadır, bu da yüksek hızlı seri üretim hattı örnekleme ve sıralama gereksinimlerini karşılar.

Tablo 1. Başlıca teknik özellik parametrelerinin karşılaştırılması LISUN LS5560, LS5562 hem de LS5562A

Parametre karşılaştırmasından, şunlarla karşılaştırıldığında görülebiliyor: LS5560, LS5562 300Ω ve 3000Ω olmak üzere iki ilave kademe ile direnç aralığını genişletir, böylece hem güç bataryalarının miliohm seviyesindeki düşük iç direncini hem de yüksek iç dirençli enerji depolama bataryalarının ve batarya düzeneklerinin bir kısmını test edebilir; LS5562A Yüksek voltajlı seri bağlı modüllere yönelik olan bu ürün, 300V DC voltaj giriş kapasitesiyle elektrikli araçlar için çok serili lityum pil paketlerinin algılama ihtiyaçlarına uyum sağlamaktadır.

Cihaz, dört örnekleme hızı kademesiyle yapılandırılmıştır: ÇOK HIZLI (4 ms), HIZLI (12 ms), ORTA (42 ms) ve YAVAŞ (157 ms). Yüksek hız modu, üretim hatlarında büyük partilerin hızlı taranması için kullanılırken, yavaş hız modu ölçüm kararlılığını daha da artırır ve laboratuvar Ar-Ge testleri için uygundur. Ölçüm doğruluğu açısından, 3 mΩ-30 mΩ düşük direnç aralığı ±0.5% ±10dgt; 30 mΩ-3000 Ω aralığı ±0.5% ±5dgt; DC voltaj ölçüm doğruluğu ±0.01% ±3dgt'ye ulaşarak yüksek hassasiyetli algılama gereksinimlerini karşılar.

İletişim seviyesinde SCPI ve Modbus-RTU protokolleri desteklenmektedir. HANDLER sıralama arayüzü, ek yazılım gerektirmeden otomatik sıralama ekipmanına doğrudan bağlanır ve test sonuçları USB üzerinden doğrudan bilgisayara yüklenebilir. Cihaz parametre yapılandırması, cihazda 50, U-disk'te ise 500 ayarın kaydedilmesini destekleyerek farklı pil türleri için test şemalarının hızlı bir şekilde geri çağrılmasını sağlar ve üretim hattı devreye alma süresini kısaltır. Test ucu temas kontrolü fonksiyonu, probların sanal bağlantısını veya gevşekliğini tespit ederek, donanım seviyesinden toplu testlerde geçersiz verileri azaltır ve otomatik üretim hatları için yüksek pratik değere sahiptir.

Akü Test Cihazı LS5562 AL3

3 Uygun Endüstri Standartları ve Uygulama Senaryoları

Bu pil test ekipmanı, GB/T 31484-2015 “Elektrikli Araçların Çekiş Aküleri için Çevrim Ömrü Gereksinimleri ve Test Yöntemleri”, GB/T 31485-2015 “Elektrikli Araçların Çekiş Aküleri için Güvenlik Gereksinimleri ve Test Yöntemleri”, GB/T 18287-2013 “Cep Telefonları için Lityum İyon Piller ve Pil Paketlerinin Genel Özellikleri”, GB/T 22473-2013 “Enerji Depolamada Kullanılan Lityum İyon Piller ve Pil Paketleri için Genel Gereksinimler” dahil olmak üzere birçok yerli ve uluslararası pil standardının test koşullarını destekler ve ayrıca IEC 61960-1:2017 ve IEC 62133-1:2017 uluslararası standartlarıyla da uyumludur ve laboratuvar standart testleri ve fabrika kalite kontrolü için kullanılabilir.

Başlıca uygulama senaryoları LS5562 Pil test ekipmanları şunlardır:

1. Lityum pillerin seri üretiminde kalite kontrolü: Fabrika çıkışında tüketici lityum pillerinin ve düğme pillerinin yüksek hızlı ayrıştırılması, iç direnç ve voltajın eş zamanlı olarak toplanması, nitelikli tutarlılığa sahip hücrelerin taranması ve kaynak kusurları ile iç anormallikleri olan hücrelerin elenmesi;
2. Güç bataryası ve yüksek voltajlı batarya paketi testleri: Elektrikli araç lityum batarya modüllerinin ve çok hücreli seri yüksek voltajlı lityum bataryaların iç direnci ve voltaj ölçümü yapılarak, montaj sonrasında tek tek hücrelerin tutarlılığının değerlendirilmesi;
3. Enerji depolama ve UPS batarya testleri: kurşun-asit bataryaların ve enerji depolama lityum bataryalarının bozulma değerlendirmesi, periyodik çalışma ve bakım tespiti ve batarya ömrü azalmasının tahmini;
4. Özel pil testleri: yakıt hücresi yığınlarının ve hidrojen yakıt hücrelerinin direnç ve voltaj testleri; süper kapasitörlerin ESR eşdeğer seri iç direnç testleri;
5. Laboratuvar Ar-Ge ve arıza analizi: pil döngüsü yaşlanması sırasında iç direnç ve voltaj değişikliklerinin izlenmesi, pil bozulma yasalarının incelenmesi ve arızalı numunelerin teşhis edilmesi;
6. Otomatik sistem entegrasyonu: Otomatik sıralama mekanizmalarıyla iş birliği yaparak tamamen otomatik pil test istasyonları oluşturmak, seri üretim ürünlerin gözetimsiz olarak tespitini gerçekleştirmek ve test sonuçlarını otomatik olarak depolayıp arşivlemek.

Gerçek üretimde, ayıklama yalnızca gerilime dayanırsa, anormal iç dirence sahip ancak normal gerilime sahip bazı arızalı hücreler bir sonraki işleme geçecektir; yalnızca iç dirence dayanmak, aşırı şarj olmuş veya düşük gerilimli hücreleri tespit edemez. Pil test ekipmanı, iç direnç ve gerilimin eş zamanlı ölçümünü gerçekleştirmeli ve ancak bu iki boyutun birlikte değerlendirilmesiyle güvenilir bir eleme sağlanabilir ve sonraki aşamalardaki PACK arızaları riski azaltılabilir.

Pil Test Cihazı Seçimi ve Kullanımı İçin 4 Önemli Nokta

Pil test ekipmanı seçilirken, test edilecek pilin maksimum voltaj aralığı, iç direnç aralığı ve üretim hattı hızı gereksinimleri kapsamlı bir şekilde göz önünde bulundurulmalıdır. 60V'un altındaki tek hücreler veya düşük voltajlı modüller için, LS5562 Miliohm seviyesindeki güç bataryalarından kiloohm seviyesindeki batarya düzeneklerine kadar geniş bir yelpazeyi kapsayabilir; yüksek voltajlı batarya modülleri için ise; LS5562A Model, 300VDC dayanım gerilimine uygun olarak seçilmelidir.

Gerçek testlerde, AC dört terminalli akü test ekipmanı kurşun direncini ortadan kaldırabilse de, oksidasyon, yetersiz basınç ve probların yüzey kirlenmesi kararsız temasa neden olacaktır. Temas anormalliklerini zamanında tespit etmek için cihazın kendi temas kontrol fonksiyonu doğru şekilde kullanılmalıdır. EX.FAST yüksek hızlı modda, ölçüm doğruluğuna ek basamak hataları eklenecektir, bu nedenle Ar-Ge testleri için veri doğruluğunu sağlamak amacıyla MEDIUM veya SLOW modu önerilir. Otomatik üretim hatlarında kullanıldığında, uzun vadeli parti testlerinin veri tekrarlanabilirliğini garanti etmek için cihaz düzenli olarak kalibre edilmeli ve test probları düzenli olarak bakımı yapılmalıdır.

Aynı zamanda, bu tip pil test ekipmanı, doğru akım deşarj iç direncinden farklı olarak, alternatif akım iç direnci testini de gerçekleştirir. İkisinin fiziksel anlamları farklıdır, bu nedenle test sırasında standartlarda belirtilen test yöntemlerini ayırt etmek ve ilgili test koşullarını eşleştirmek gereklidir.

5 Sonuç

Yeni enerji batarya sektörünün yüksek kaliteli gelişimi bağlamında, pil test ekipmanı Pil ürünlerinin tutarlılığını ve güvenliğini sağlamak için vazgeçilmez bir araçtır. Pillerin iki temel göstergesi olan iç direnç ve voltaj, pil durumunu tam olarak değerlendirmek için eş zamanlı olarak tespit edilmelidir. LISUN LS5562 Yüksek voltajlı, yüksek hassasiyetli pil iç direnç test cihazı, AC dört terminalli ölçüm tekniğini kullanır, mikro-ohm seviyesinde çözünürlüğe, çoklu aralık kapsamına, yüksek hızlı test özelliğine ve zengin iletişim arayüzlerine sahiptir, birçok ulusal ve uluslararası standartla uyumludur ve hem laboratuvar Ar-Ge'sini hem de fabrika üretim hattı otomatik testini dikkate alır. Lityum piller, enerji depolama pilleri, yakıt hücreleri ve süper kapasitörler gibi çeşitli enerji depolama cihazlarının testinde kullanılabilir.

Pil teknolojisi sürekli olarak geliştikçe, yüksek voltajlı ve büyük kapasiteli piller giderek daha yaygın hale geliyor ve bu da pil test ekipmanlarının dayanım voltajı, doğruluğu, parazit önleme ve otomasyon yetenekleri konusunda daha yüksek gereksinimler ortaya koyuyor. Gerçek seçim ve uygulamada, pil test ekipmanının uygun özellikleri, test edilen nesnenin voltajına, iç direnç aralığına ve uygulama senaryosuna göre seçilmeli ve çalışma prosedürleri standartlaştırılmalıdır; böylece iç direnç-voltaj senkronize tespitinin değeri tam olarak ortaya konulabilir, pil güvenliği riskleri azaltılabilir ve pil ürünlerinin kalitesi artırılabilir.