Testeur d'isolation de cellules de batterie Model 11210

Testeurd'isolationdecellulesdebatterie
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Caractéristiques principales
  • Tension de test : jusqu'à 1 KV (CC)
  • Courant de charge : 50 mA max.
  • Large gamme de mesure de courant de fuite (LC) (10 pA ~ 20 mA)
  • Détection de décharge partielle/d'arc électrique pour l'inspection des courts-circuits internes potentiels (option sur A112100) :
    • Affichage du niveau et du nombre d'occurrences de décharges partielles
    • Surveillance des événements de décharges partielles et des formes d'onde V/I 
    • Réglage de la limite de niveau de décharge partielle programmable
    • Enregistrement des formes d'onde PD et V/I (option sur A112101)
  • Vérification de contact fiable intégrée
  • Test automatique avec séquence : charge-temporisation-mesure-décharge
  • Test à haute vitesse (20 ms/appareil)
  • Écran couleur 480x272 pixels et panneau tactile pour faciliter les opérations
  • Gestionnaire standard, interfaces USB, RS-232, Ethernet

Le testeur d'isolation de cellules de batterie Chroma 11210 est un instrument servant à mesurer avec précision le courant de fuite (LC) et la résistance d'isolation (IR) des rouleaux de gelée/cellules sèches de batteries ainsi que de différents matériaux d'isolation. En plus de la mesure LC/IR standard, le 11210 propose une fonction unique qui détecte les décharges partielles (PD) ou les arcs électriques ayant pu se produire à l'intérieur du matériau d'isolation pendant le processus de test d'isolation à haute tension. Avec la détection de décharge partielle du statut interne de la batterie avant le remplissage de l'électrolyte, les produits défectueux peuvent être retirés avant de passer à la phase suivante de production, évitant les dangers potentiels pouvant se produire sur le terrain. Contrairement aux méthodes traditionnelles de test d'isolation, le Chroma 11210 propose un concept totalement nouveau d'inspection et d'évaluation de la qualité de la batterie.

Avec une importante capacité de courant de charge, le 11210 peut facilement effectuer des tests à haute vitesse avec une exécution automatique de la séquence de test. La séquence d'un test d'isolation régulier dans l'application cible est « Charge→Temporisation→Test→Décharge ». Cette séquence peut être exécutée automatiquement en 20 ms ou moins pour un seul DUT (appareil sous test) ; ce qui signifie que les tests effectués sur la ligne de production peuvent atteindre des vitesses de traitement de 50 pièces/seconde ou plus.

Le Chroma 11210 mesure le LC dans une large plage, de 10 pA à 20 mA, avec 7 plages de mesure de courant pour améliorer la précision. La fonction de plage automatique est également disponible pour des opérations rapides et faciles sur un nouvel appareil sous test.

En raison de l'utilisation de circuits spéciaux dans le Chroma 11210, aucune durée supplémentaire n'est requise pour la fonction de détection de décharge partielle. Les mesures LC/IR et les tests de détection de décharge partielle peuvent être effectués simultanément et les résultats des tests font l'objet d'un compte-rendu automatique. Des tests à haute vitesse à < 20 ms par DUT peuvent être effectués même lorsque des tests LC/IR et PD sont en cours.

Dans un test d'isolation traditionnel, la vérification des contacts est essentielle pour la fiabilité d'un test complet. L'absence de contact sur le DUT est très probablement considérée comme un "succès" pendant le test, alors que le test d'isolation réel n'a pas encore été exécuté sur ce DUT. Ainsi, une "fausse condition bonne" peut se produire et un DUT défectueux peut passer à l'état Bon. Cela est particulièrement vrai si la résistance d'isolation de l'appareil sous test est extrêmement élevée. La fonction de vérification des contacts du Chroma 11210 fait appel à une technologie avancée pour détecter instantanément ceux qui ne font pas de contacts corrects pendant les tests. Une vérification approfondie des contacts avant et/ou après la mesure ne prend que 5 ms.

 PROBLÈMES DE SÉCURITÉ DES BATTERIES LITHIUM-ION

Les conséquences d'un incendie ou d'une explosion de batteries lithium-ion (LIB) constituent une préoccupation croissante. Avec les progrès de la technologie, la densité énergétique de la LIB augmente, causant un risque supplémentaire pour les consommateurs. Afin d'éliminer le risque d'incendie ou d'explosion, la cause principale doit être résolue et les unités défectueuses doivent être écartées avant d'être mises sur le marché. Des recherches récentes indiquent que les courts-circuits internes entre l'électrode positive (aluminium) et le matériau recouvrant l'électrode négative (anode) à l'intérieur de la cellule sont la cause principale des incendies ou des explosions [Figure 1]. Des bavures sur les électrodes en métal ou des particules contaminées à l'intérieur du séparateur peuvent causer ce type de court-circuit interne. [Figure 2].

La recherche indique également que le matériau de revêtement sur l'électrode négative (généralement du graphite) se dilate pendant la phase de charge, jusqu'à 24 % ou plus lorsque le cycle de charge/décharge se répète. Il peut continuer à se dilater jusqu'à ce que les bavures sur la plaque en aluminium finissent par toucher le graphite de revêtement de l'électrode négative et entraînent un incendie [Figure 3]. En général, plusieurs cycles de charge/décharge sont effectués en usine sur les cellules de batteries avant l'expédition. Par exemple, si deux cas de cellules défectueuses sont présents dans la ligne de production et chacune présente une seule bavure de hauteur ou de longueur différente sur sa plaque en aluminium [cas 1 et cas 2 dans Figure 4]. Le cas 1 sera détecté lors du deuxième cycle de charge en usine, car la bavure touche alors l'anode. Cependant, dans la plupart des cas, le deuxième cas ne sera pas détecté avant plusieurs autres cycles de charge, ce qui est susceptible de se produire une fois en possession du consommateur.

 FONCTION DE DÉTECTION ET DE MESURE DE DÉCHARGE PARTIELLE

La fonction de détection de Décharge partielle (PD) du Chroma 11210 permet de détecter les défauts à l'intérieur des cellules de batterie au stade de la cellule sèche avant le remplissage de l'électrolyte. En cas de présence de bavures sur la feuille de métal de l'électrode ou de défauts (particules d'impuretés) à l'intérieur de la couche d'isolation (feuille de séparation) dans les cellules sèches, la distance d'isolation restante entre elles est réduite mais n'est pas court-circuitée. Dans la plupart des cas, elles ne peuvent pas être détectés par des tests LC/IR d'isolation régulière, vu que le court-circuit interne n'existe pas au moment d'exécuter les tests. Le 11210 est le seul instrument qui peut vous permettre de détecter les courts-circuits possibles dans la phase très précoce avant que des défaillances puissent se produire. Avec la tension de test appropriée appliquée et le niveau de seuil de décharge partielle approprié défini, le 11210 peut vous aider à « mesurer » la « distance efficace » restante entre l'électrode négative et le graphite (voir l'équation et l'explication à droite).

Le testeur d'isolation de cellules de batterie Chroma 11210 détecte les décharges partielles ou les arcs électriques pouvant se produire à l'intérieur des cellules de batterie. Le 11210 emploie deux phases de détection avec les différents circuits utilisés. La première phase est en mode CC (Courant constant) lorsque le 11210 charge le DUT avec un courant constant défini par l'utilisateur. Dans ce mode, le 11210 surveille le niveau de tension et sa pente. Tout problème sur la pente de la tension ou tout changement inattendu de la pente sera détecté par le 11210 et signalé en tant qu'occurrences de décharges partielles (indiquées  ).La deuxième phase est en mode CV (Tension constante). Dans ce mode, seul un courant de fuite stable doit exister. Par conséquent, les impulsions inhabituelles et saillantes sur la forme d'onde du courant sont généralement le résultat d'une décharge anormale (à savoir une décharge partielle ou un arc électrique) qui sera également détectée et signalée par le 11210 en tant qu'occurrence de décharge partielle (indiquée  ). Non seulement le Chroma 11210 détecte, mais il mesure grossièrement la magnitude des impulsions des décharges partielles dans ces modes (Remarque * 1). [Voir la figure 5 à titre d'illustration].


▲ [Figure 5] Détection de décharges partielles/arcs électriques en phase CC (charge) et CV (mesure)

▲ [Figure 6] Décharge partielle détectée en mode CC et CV et signalée par le 11210

En mode CC ou en mode CV, le 11210 peut détecter le nombre d'occurrences de ces événements de décharges partielles, jusqu'à 99 décomptes [Figure 6]. La magnitude, le nombre d'occurrences ou les deux peuvent être définis en tant que niveau de seuil pour le critère succès/échec, ce est très utile lors du test de plusieurs appareils avec des caractéristiques différentes sur la ligne de production.

Remarque *1 : La mesure de la quantité de décharge dans les impulsions des décharges partielles est la plus précise lorsque la durée des impulsions est inférieure à 100 us et l'intervalle de temps entre des impulsions consécutives est supérieur à 300 us.

En raison des capacités supérieures de détection et de mesure des décharges partielles, le Chroma 11210 peut accomplir des tâches qu'un compteur LC/IR ou un testeur de rigidité diélectrique standard ne peuvent pas accomplir. Un compteur LC/IR ou un testeur de rigidité diélectrique standard peut uniquement mesurer la valeur moyenne du courant de fuite pendant un certain intervalle de temps, mais ne peut pas surveiller tous les détails de la forme d'onde de tension et de courant. De plus, le 11210 fournit une tension de test ultra-stable avec une ondulation et un bruit de seulement quelques mini-volts, ce qui lui permet de rechercher des problèmes très mineurs sur la forme d'onde de tension ou de courant. La [Figure 8] démontre que sans examiner les détails de la forme d'onde de tension, une décharge partielle ou un arc électrique mineurs à l'intérieur du DUT ne peuvent pas être détectés.


▲ [Figure 7] Sans examiner les détails de la forme d'onde de tension (image à gauche), vous ne voyez rien d'anormal. Vu que le Chroma 11210 examine les détails, nous pouvons observer que deux événements de décharges partielles se sont produits, l'un en mode CC, l'autre en mode CV à proximité (image à droite).

Dans le cas où le personnel d'ingénierie doit examiner la forme d'onde réelle de tension et de courant sur un DUT défaillant (défaillance due à une décharge partielle) une fois les tests terminés, le Chroma 11210 propose une option avancée qui peut stocker les formes d'onde de tension et de courant provenant du test de chaque appareil individuel. Les fonctions de zoom permettent aux utilisateurs de visualiser facilement les détails des formes d'onde des événements de décharges partielles. Et vu qu'ils sont capturés et enregistrés, une analyse et une recherche supplémentaires peuvent être effectuées par les services R&D et/ou AQ.

 APPLICATIONS DE TEST DE CONDENSATEUR AVEC LE 11210

Le Chroma 11210 est la version évoluée et de nouvelle génération de son prédécesseur, le compteur LC/IR à condensateur 11200. Le 11210 propose des fonctions plus polyvalentes avec une précision supérieure, mais conserve toutes les fonctions et toutes les capacités majeures du 11200. Par conséquent, le 11210 est également un compteur LC/IR avancé pour tous les types de condensateurs [Figure 8].

Sur la ligne de production, le 11210 peut tester des condensateurs à très haute vitesse (~20 ms par DUT) avec les accessoires appropriés. De plus, il propose une très large plage de mesures LC/IR avec une excellente précision. Le Chroma 11210 est le nouvel instrument standard d'inspection et de tests d'isolation pour toutes les lignes de production de condensateurs.

Bien que la fonction de détection de décharge partielle soit spécifiquement conçue pour l'inspection de l'isolation des cellules sèches de batterie, elle procure également une vision claire de ce qui se passe à l'intérieur d'un condensateur pendant les tests. Et avec les données collectées par le 11210, les utilisateurs peuvent encore améliorer la qualité de l'isolation, ce qui permet d'obtenir la qualité d'isolation la plus élevée possible.

Comme indiqué précédemment, dans un test d'isolation type, 4 phases sont exécutées en séquence : « Charge→Temporisation→Test→Décharge » [Figure 9]. Le Chroma 11210 permet aux utilisateurs de programmer l'intervalle de temps requis respectivement pour les 3 premières phases. Chacune peut être définie dans la plage de 5 ms à 9 999 s. La phase de « Temporisation » est particulièrement importante. Pour les dispositifs résistifs grands et purs ou les condensateurs ayant une capacité élevée mais une faible résistance d'isolation, l'utilisateur doit laisser une « Temporisation » suffisante avant la mesure réelle. Une « Temporisation » longue est nécessaire pour permettre au courant de charge de se stabiliser afin qu'il n'affecte pas la mesure du courant de fuite. Le 11210 est extrêmement flexible dans la programmation de ces paramètres et peut exécuter automatiquement ces 4 phases en séquence. Pour les tests de production de condensateurs, Chroma dispose de compétences et de technologies permettant d'aider ses clients à configurer un test en ligne fiable ou de fournir une solution de tests clé en main complète.


▲ [Figure 8] Schéma fonctionnel du test de mesure LC/IR par le 11210 pour le DUT de condensateurs

▲ [Figure 9] Synchronisation et séquence du test d'isolation régulier

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Testeur d'isolation de cellules de batterie

Carte de détection de décharge partielle

Carte d'analyseur de décharge partielle