Le Testeur d'isolation des cellules de batterie Chroma 11210 est spécialement conçu pour mesurer le courant de fuite (LC) et la résistance d'isolation (IR) des batteries au lithium-ion (cellule sèche/jelly roll). Ce modèle peut également mesurer les condensateurs solides, les condensateurs céramiques multi-couches (MLCC), les condensateurs électrolytiques haute tension et les matériaux d'isolation. En plus de la mesure LC/IR standard, la fonction de détection DP du 11210 est conçue pour détecter et analyser les fortes décharges partielles (DP) et le flashover électrique (Flashover) dans l'isolant pendant la mesure de la haute tension. Cette fonction permet de détecter si la distance d'isolation effective de la batterie lithium-ion (cellule sèche/jelly roll) testée est suffisante avant le remplissage de l'électrolyte, pour empêcher les produits potentiellement défectueux d'entrer dans la phase de production suivante ou sur le marché final. Comparé aux solutions traditionnelles des tests d'isolation, le Chroma 11210 est à un niveau supérieur pour les tests de sécurité et de qualité des matériaux d'isolation des produits alimentés par des batteries lithium-ion et les véhicules électriques.
Le 11210 utilise un circuit spécial pour effectuer et surveiller l'ensemble du processus de test de flashover dû à une DP anormale dans la cellule de la batterie, et quantifie les données en chiffres et en formes d'ondes enregistrables. De plus, après avoir atteint la tension de test, le LC ou l'IR seront mesurés et jugés comme anormaux pendant la durée du test, comme avec l'utilisation des testeurs WV/IR.
La fonction +Flash fournit une haute et une basse tension intermittente en deux étapes, détecte la tension de maintien (WV) du DUT sous haute tension et la LC sous basse tension, et juge indépendamment la LC et la DP, ce qui en fait une application de test efficace pour divers composants de stockage d'énergie.
Le courant de charge élevé et le circuit de mesure rapide du Chroma 11210 améliorent considérablement la vitesse générale de test. La séquence de test d'isolation régulière fournie pour les objets sous test capacitifs est « Charge -> Dwell -> Test -> Décharge », et peut automatiquement exécuter un test complet dans une séquence de 20 ms, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la ligne de production. Le 11210 mesure le LC de 1 pA à 20 mA avec 7 plages de mesure de courant pour améliorer la précision. En outre, la fonction de plage automatique peut basculer automatiquement sur la plage de mesure la plus appropriée, ce qui permet à l'utilisateur de gagner du temps tout en garantissant la précision.
La qualité de la vérification du contact a une influence décisive sur la fiabilité du test d'isolation. Si l'instrument de test ne détecte aucun contact pendant toute la durée du processus de mesure, le DUT est susceptible d'être jugé comme un bon produit. Cette erreur de jugement peut conduire à l'entrée d'un produit défectueux sur le marché. Comme l'erreur de jugement est plus évidente lorsque la résistance d'isolement du DUT est très élevée, une vérification du contact doit être effectuée pendant le test d'isolement. Le Chroma 11210 utilise une architecture de circuit de haut niveau pour exécuter un contrôle de contact complet en 5 ms, et offre la possibilité d'effectuer un contrôle de contact approfondi avant et/ou après la mesure.
Problèmes de sécurité des batteries lithium-ion
L'aspect le plus dangereux des courts-circuits internes est la CHALEUR générée dans des zones localisées à l'intérieur de la cellule, qui est causée par un court-circuit entre l'électrode positive en aluminium et le matériau enduit sur l'électrode négative. Ce type d'explosion de la batterie est le principal responsable de plusieurs incendies de voitures survenus au cours de la dernière décennie. [Figure 1]
▲ [Figure 1] Accident de voiture dû à l'explosion d'une batterie (dessin descriptif)
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 accrue des LIB présente un risque croissant pour les consommateurs. Afin d'éliminer le risque d'incendie ou d'explosion, la cause principale doit être identifiée et les unités défectueuses doivent être séparées avant d'être mises sur le marché. Des recherches 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 de ces incendies ou explosions [Figure 2]. Des bavures sur les électrodes en métal ou des particules contaminées à l'intérieur du séparateur sont connues pour causer ce type de court-circuit interne [Figure 3].
▲ [Figure 2] Augmentation de la température dans différents scénarios de court-circuit interne
▲ [Figure 3] Une bavure extrudée de l'électrode positive peut toucher le matériau enrobé sur l'électrode négative et éventuellement causer un incendie.
La recherche indique également que le matériau de revêtement sur l'électrode négative (généralement du graphite) gonfle pendant la phase de charge, jusqu'à 24 % ou plus lorsque le cycle de charge/décharge se répète. Il peut continuer à gonfler jusqu'à ce que les bavures de la plaque en aluminium finissent par toucher le graphite de revêtement et causent un incendie [Figure 4]. 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 avec une hauteur différente sur sa plaque en aluminium [cas 1 et cas 2 dans Figure 5]. Le cas 1 sera détecté lors du deuxième cycle de recharge en usine, puisque la bavure entre en contact avec l'anode lors du processus de production. Cependant, dans le cas 2, le deuxième défaut ne sera détecté qu'après de nombreux autres cycles de recharge, ce qui ne se produira très probablement qu'une fois le produit arrivé chez le consommateur.
▲ [Figure 4] Des expériences réelles en laboratoire montrent qu'une dilatation de 24 % du matériau graphite (revêtement de l'électrode négative) peut se produire après seulement 10 cycles de recharge/décharge.
▲ [Figure 5] Deux bavures (cas 1 et cas 2) de différente hauteur sortant de l'électrode positive en aluminium peuvent provoquer des courts-circuits internes à des moments différents.
Fonction de détection et de mesure de DP fort/Flashover
Le Testeur d'isolation de cellules de batterie Chroma 11210 est doté d'une puissante fonction de détection des décharges partielles et du flashover électrique, qui détecte le flashover électrique à l'intérieur de la cellule sèche de la batterie lithium-ion (LIB) causé par une distance insuffisante entre les électrodes pendant le test à haute tension. Le Chroma 11210 est conçu pour se recharger à un courant constant, et la couche isolante de la cellule sèche LIB est en plastique perforé, de sorte que la tension de recharge devrait augmenter en ligne droite. La Carte optionnelle DP Chroma 11210 analyse si la courbe a une transition positive (V">0) en simulant une équation différentielle du second ordre, et quantifie son degré (V_DP). En outre, la tension est fixée à la tension de test définie pendant la durée de temporisation et de test, et le courant de fuite est généralement fixe ou décroît de manière exponentielle. Cependant, si un flashover se produit, bien qu'il n'y ait pas de diminution observable de la tension, le courant de fuite augmentera anormalement (charge supplémentaire CV) et diminuera ensuite, ou la vitesse de diminution ralentira et accélérera de façon notable [Figure 6]. La Carte optionnelle DP Chroma 11210 analyse également si la courbe a une transition négative (I”<0) en simulant une équation différentielle du second ordre, et quantifie son degré (C_DP) pour que l'utilisateur puisse inspecter l'état de la décharge.
▲ [Figure 6] Détection d'anomalies dans l'isolation d'une batterie lithium-ion terminée
▲ [Figure 7] Chroma 11210 signale la détection d'une décharge électrique anormale.
Que ce soit en mode de recharge ou pendant les tests, le Chroma 11210 est capable de détecter jusqu'à 99 occurrences des événements DP décrits ci-dessus [Figure 7]. 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.
Les compteurs IR généraux ou les testeurs WV ne peuvent mesurer que le courant de fuite moyen dans un intervalle de temps spécifique et ne peuvent pas surveiller les changements anormaux dans les formes d'onde de tension et de courant. Outre son excellente fonction de détection des décharges anormales, le Chroma 11210 permet également d'enregistrer les formes d'onde de tension des événements DP dans chaque produit défectueux [Figure 8]. Avec la fonction de zoom incluse permettant de visualiser facilement les détails de la forme d'onde de DP, cette fonction est très utile pour tout service d'assurance qualité et de recherche et développement.
▲ [Figure 8] Le Chroma 11210 peut enregistrer la forme d'onde de tension de la DP pour chaque produit défectueux.
Fonction de test +Flash
La toute nouvelle fonction de test +Flash du Chroma 11210 fournit une variété de conditions de test (tension de test, courant de recharge, plage de mesure, temps d'intégration de l'échantillonnage) et de conditions de jugement (niveau de mesure LC ou valeur limite DP) pour répondre aux exigences des tests de tension de tenue à l'isolement réels de divers composants.
Un test d'isolation approprié des batteries lithium-ion nécessite deux éléments de test :
(1) Distance effective entre les électrodes positives et négatives (voir le sujet sur la sécurité des batteries)
Impuretés conductrices électroniques (courant de fuite) dans le séparateur.
Les conditions de test et de jugement pour ces deux éléments diffèrent considérablement.
Pour le MLCC, compte tenu du matériau diélectrique des MLCC, la tension nominale est linéaire, ce qui est très différent de la tension de résistance du matériau diélectrique réel (souvent de 3 à 10 fois plus élevée). Par conséquent, le test d'isolation de production traditionnel contient un test de surtension instantanée (dépassant la tension nominale) (Test Flash) et la mesure de la valeur de la résistance d'isolation sous la tension nominale. Pour effectuer une inspection complète de la qualité du matériau isolant, il faut s'assurer qu'il n'y a pas de courant de fuite anormal à la tension nominale, tout en garantissant une marge de tension de résistance normale. En ce qui concerne les exigences de test de la marge de tension de tenue, d'autres composants capacitifs ont des exigences similaires La fonction de test +Flash du Chroma 11210 est parfaitement conçue pour inspecter la qualité de l'isolation de ces composants de stockage d'énergie.
Prenant l'exemple du test des batteries lithium-ion [Figure 9], la première tension de test flash sert à détecter l'écart entre les électrodes. La tension de rupture de l'air de référence (>350 V) est plus élevée que la distance effective entre les électrodes à détecter pour tester les produits à haut risque qui n'ont pas été court-circuités. L'objectif est de détecter si une rupture d'isolation ou un flashover électrique s'est produit en raison d'une distance anormale entre les électrodes dans le cadre de ce test à haute tension de courte durée. Le test IR qui suit sert à détecter un courant de fuite électronique anormal. Il utilise environ 5 à 10 fois la tension de fonctionnement d'une batterie lithium-ion (environ 2,5 à 4,3 V) pour détecter le courant de fuite stable, afin d'éviter une autodécharge excessive lorsque la batterie arrive à la fin du processus de production. En général, un temps d'attente plus long est nécessaire.
▲ [Figure 9] Application de la fonction de test Flash+ du Chroma 11210 lors de l'inspection de la qualité de l'isolation des batteries Li-ion
Kit de vérification de test DP
Lors de l'utilisation du Testeur d'isolation de cellules de batterie Chroma 11210 avec la Carte de détection de décharge partielle (A112100) ou la Carte d'analyse de décharge partielle (A112101), les paramètres pertinents du Kit de vérification de test DP Chroma A112102 peuvent être ajustés pour simuler des décharges anormales de différents niveaux. Il peut également être utilisé avec d'autres DUT standard pour effectuer des vérifications de routine avec la fonction de détection de décharge partielle du 11210 acheté.
▲ Chroma A112102 connecté au schéma Chroma 11210
① Déclenchement de tension：Réglage du niveau de tension d'allumage DP dans une recharge CC
② Durée d'intervalle DP：Actif lorsque Unique/Multi est réglé sur « Multi ».
③ Capacitance DP： Sélectionnez « Énergie DP » ou « Capacité de recharge »
