Rilevatore di isolamento per batterie  Model 11210

Rilevatorediisolamentoperbatterie 
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Caratteristiche principali
  • Tensione di test: fino a 1 KV (cc)
  • Corrente di carica: 50mA max.
  • Ampia gamma di misure di corrente di dispersione (LC) (da 10pA a 20mA)
  • Rilevamento di scarica parziale/flashover per ispezione su potenziali cortocircuiti interni (opzione di A112100):
    • Livello PD e numero di visualizzazioni di eventi 
    • Eventi PD e monitoraggio della forma d'onda V/I
    • Impostazione limite livello PD programmabile
    • Registrazione di forme d'onda PD e V/I (opzione di A112101) 
  • Controllo contatti integrato affidabile
  • Test automatico con sequenza: carica-sosta-misura-scarica
  • Test ad alta velocità (20 ms/dispositivo)
  • Display a colori 480 x 272 pixel e pannello a sfioramento per un uso intuitivo
  • Interfaccia standard Handler, USB, RS-232, Ethernet

Il rilevatore di isolamento per batterie Chroma 11210 è uno strumento che serve a misurare con precisione la corrente di dispersione (LC) e la resistenza di isolamento (IR) di batterie cilindriche/a secco e vari materiali isolanti. Oltre alla misurazione della corrente di dispersione/resistenza di isolamento standard, il 11210 dispone di una funzione esclusiva che rileva scariche parziali (PD) o flashover che possono verificarsi all'interno del materiale isolante durante il processo di test dell'isolamento ad alta tensione. Con il rilevamento delle scariche parziali (PD) dello stato interno della batteria prima del riempimento dell'elettrolito, i prodotti difettosi possono essere filtrati prima di entrare nella fase successiva di produzione, evitando i potenziali pericoli che possono verificarsi sul campo. A differenza dei metodi tradizionali di test di isolamento, Chroma 11210 offre un concetto completamente nuovo per il controllo e la valutazione della qualità della batteria.

Con un'ampia capacità di carica, il 11210 è in grado di raggiungere facilmente alte velocità di test con esecuzione automatica della sequenza di test. La sequenza di un test di isolamento regolare nell'applicazione target è "Carica →Sosta→ Test →Scarica". Questa sequenza può essere eseguita automaticamente in meno di 20 ms per un singolo dispositivo testato (DUT); perciò i test eseguiti nella linea di produzione possono raggiungere velocità di processo di più di 50 pezzi al secondo.

Chroma 11210 misura la corrente di dispersione in un ampio range, da 10pA a 20mA, con 7 intervalli di misurazione della corrente per migliorare la precisione. La funzione auto-range è disponibile anche per operazioni facili e veloci su un nuovo DUT.

Per via dei circuiti speciali utilizzati in Chroma 11210, non è necessario del tempo supplementare per la funzione di rilevamento delle scariche parziali. Sia le misurazioni della corrente di dispersione/resistenza di isolamento che i test di rilevamento delle scariche parziali possono essere eseguiti contemporaneamente e entrambi i risultati dei test verranno riportati automaticamente. Pertanto, è possibile eseguire test ad alta velocità inferiori a 20 ms per dispositivo testato anche quando vengono eseguiti entrambi i test misurazioni della corrente di dispersione/resistenza di isolamento sia i test di rilevamento delle scariche parziali

In un test di isolamento tradizionale, il controllo dei contatti è fondamentale per l'affidabilità di un test completo. Il non contatto sul dispositivo testato è molto probabilmente trattato come una "fase" durante il test, mentre il test di isolamento reale non è stato ancora eseguito su tale dispositivo. Pertanto, potrebbe verificarsi una “falso positivo” e un dispositivo testato difettoso potrebbe passare come buono. Ciò è particolarmente vero se la resistenza di isolamento del dispositivo testato è estremamente elevata. La funzione di controllo dei contatti di Chroma 11210 utilizza una tecnologia avanzata per rilevare immediatamente i contatti che non sicuri durante i test. Occorrono solo 5 ms per eseguire un controllo approfondito del contatto prima e/o dopo la misurazione.

 PROBLEMI DI SICUREZZA DELLE BATTERIE AGLI IONI DI LITIO

Le conseguenze derivanti dall'incendio o dall'esplosione delle batterie agli ioni di litio (LIB) sono un problema crescente. Con il progresso tecnologico, la densità energetica delle LIB aumenta diventando un ulteriore rischio per i consumatori. Per eliminare il rischio di incendi o esplosioni, è necessario risolvere il problema alla radice e filtrare le unità difettose prima che raggiungano il mercato. Recenti studi indicano che i cortocircuiti interni tra l'elettrodo positivo (alluminio) e il materiale di rivestimento sull'elettrodo negativo (anodo) all'interno della cella sono la causa principale di incendi o esplosioni [Figura 1]. Le sbavature sugli elettrodi metallici o le particelle contaminate all'interno del separatore possono causare questo tipo di cortocircuito interno. [Figura 2].

The research also shows that the material coated on the negative electrode (typically graphite) would expand during the charging phase, expanding up to 24% or more as the charge/discharge cycle repeats. It could continue to expand until the burrs on the aluminum plate finally touch the graphite coated on the negative electrode and result in fire disaster [Figure 3]. There are usually several charge/discharge cycles carried out on the battery cells in the factory before shipping. Let's take an example, two cases of defective cells are present in the production line, and each has a single burr with different height or length on its aluminum plate [case 1 & case 2 in Figure 4]. Case 1 will be detected at the second charging cycle in the factory, since the burr touches to the anode then. However, in most cases, the second one will not be detected until many more charging cycles later, which is very likely to happen after it reaches the consumer.

 RILEVAMENTO SCARICHE PARZIALI E MISURAZIONE

La funzione di rilevamento della scarica parziale (PD) di Chroma 11210 è in grado di rilevare tali difetti all'interno delle celle della batteria allo stadio di cella secca prima del riempimento dell'elettrolita. Quando sono presenti bave sulla lamiera dell'elettrodo o difetti (particelle di impurità) all'interno dello strato isolante (il foglio separatore) nelle celle a secco, la distanza di isolamento lasciata tra loro si riduce ma non è cortocircuitata. Nella maggior parte dei casi, non possono essere rilevati da regolari test della corrente di dispersione/resistenza di isolamento, poiché il cortocircuito interno non è presente al momento dell'esecuzione dei test. Il 11210 è l'unico strumento in grado di consentire di rilevare eventuali cortocircuiti nella fase iniziale prima che si verifichino guasti. Applicando la corretta tensione di test e il corretto livello di soglia di scarica parziale impostato, il 11210 consente di "misurare" la "distanza effettiva" rimasta tra l'elettrodo negativo e il materiale in grafite (vedere equazione e spiegazione a destra).

Il rilevatore per l'isolamento delle batterie Chroma 11210 rileva qualsiasi scarica parziale o flashover che potrebbe verificarsi all'interno delle celle della batteria. Sono presenti due fasi di rilevamento che il 11210 impiega con i diversi circuiti utilizzati. La prima fase è in modalità CC (Corrente costante) e il 11210 carica il dispositivo testato con una corrente costante impostata dall'utente. Durante questa modalità, il 11210 monitorerà il livello di tensione e la sua pendenza. Eventuali anomalie sulla pendenza della tensione o eventuali cambiamenti imprevisti della pendenza saranno rilevati dal 11210 e segnalati come eventi PD (visualizzati come ). La seconda fase è in modalità CV (tensione costante). In questa modalità dovrebbe presentarsi solo una corrente di dispersione stabile. Pertanto, qualsiasi impulso insolito e sporgente sulla forma d'onda corrente è tipicamente il risultato di una scarica anomala (cioè scarica parziale o flashover) che verrà anche rilevata e segnalata dal 11210 come evento di PD (visualizzato come ). Chroma 11210 non solo rileva, ma misura anche approssimativamente la grandezza degli impulsi di scarica parziale durante queste modalità (Nota * 1). [Fare riferimento alla Figura 5 per l’illustrazione].


▲ [Figura 5] Rilevazione scarica parziale/Flashover in entrambe le fasi CC (caricamento) e CV (misurazione)

▲ [Figura 6] Scarica parziale rilevata in modalità CC e CV e segnalata da 11210

In modalità CC o CV, il 11210 è in grado di rilevare il numero di visualizzazione degli eventi PD, fino a 99 conteggi [Figura 6]. La grandezza, il numero di visualizzazioni o entrambe possono essere impostate come livello di soglia per i criteri di successo/fallimento, il che è molto utile quando si testano vari dispositivi con caratteristiche diverse nella linea di produzione.

Nota *1: La misurazione della quantità di scarica negli impulsi PD è più precisa quando la durata dell'impulso è inferiore a 100us e l'intervallo di tempo tra gli impulsi consecutivi è maggiore di 300us.

A causa delle capacità di rilevamento e misurazione eccellenti delle scariche parziali, Chroma 11210 può eseguire attività che un normale misuratore LC/IR o un rilevatore per alto potenziale non sono in grado di eseguire. Un normale misuratore LC/IR o un rilevatore per alto potenziale sono in grado di misurare il valore medio della corrente di dispersione all’interno di un dato intervallo di tempo, ma non sono in grado di monitorare ogni dettaglio della forma d'onda di tensione e corrente. Inoltre, il 11210 fornisce una tensione di test estremamente stabile con ripple e rumore di solo alcuni mini-volt, consentendo di cercare difetti molto piccoli sulla forma d'onda di tensione o corrente. La [Figura 8] mostra che senza esaminare i dettagli della forma d'onda della tensione, non è possibile rilevare scariche parziali secondarie o flashover all’interno del dispositivo testato.


▲ [Figura 7] Senza guardare i dettagli della forma d'onda della tensione (immagine a sinistra), non si vedono anomalie. Esaminando i dettagli con Chroma 11210, è possibile osservare due eventi PD verificatasi, uno in modalità CC, l'altro nella modalità CV vicina (immagine a destra).

Nel caso in cui lo staff tecnico debba rivedere la tensione effettiva e la forma d'onda corrente su un dispositivo testato guasto (guasto dovuto a scarica parziale) al termine dei test, Chroma 11210 dispone di un'opzione avanzata in grado di memorizzare sia forme di tensione sia forme d'onda del test di ogni singolo dispositivo. Le funzioni di zoom consentono agli utenti di visualizzare facilmente i dettagli della forma d'onda degli eventi di scarica parziale. E dal momento che vengono catturati e registrati, è possibile eseguire ulteriori analisi e ricerche dai reparti ricerca e sviluppo e/o del controllo della qualità.

 TEST DEL CONDENSATORE CON 11210

Chroma 11210 è la versione avanzata e di prossima generazione del suo predecessore, il misuratore LC/IR del condensatore 11200. Il 11210 include funzioni più versatili e più precise e tuttavia, conserva tutte le principali funzioni e capacità presenti nel 11200. Pertanto, il 11210 è anche un misuratore LC/IR avanzato per tutti i tipi di condensatori [Figura 8].

Nella linea di produzione, il 11210 è in grado di testare i condensatori ad altissima velocità (~ 20ms per dispositivo testato) con dispositivi adeguati. Inoltre, dispone di un range molto ampio di misurazioni LC/IR con un'eccellente precisione. Chroma 11210 è il nuovo strumento di controllo e test di isolamento standard per tutte le linee di produzione di condensatori.

Sebbene la funzione di rilevamento di scariche parziali sia appositamente progettata per il controllo dell'isolamento della cella a secco della batteria, fornisce anche un'immagine chiara di ciò che accade all'interno di un condensatore durante i test. E con i dati raccolti dal 11210, è possibile migliorare ulteriormente la qualità dell'isolamento garantendone la massima qualità.

Come accennato in precedenza, in un tipico test di isolamento, vengono eseguite in sequenza 4 fasi, che sono "Carica→Sosta→Test→Scarica" [Figura 9]. Chroma 11210 consente di programmare l'intervallo di tempo necessario rispettivamente per le prime 3 fasi. Ciascuno è impostabile nel range tra 5 ms e 9999 secondi. La fase di “Sosta” è particolarmente importante. Per dispositivi resistivi puri di grandi dimensioni o condensatori con capacità elevata ma bassa resistenza di isolamento, è necessario un tempo di "pausa" sufficiente prima che avvenga la misurazione effettiva. Il lungo tempo di "Sosta" serve a lasciare che la corrente di carica si stabilizzi in modo che non influisca sulla misurazione della corrente di dispersione. Il 11210 è estremamente flessibile nella programmazione di questi parametri ed è in grado di eseguire automaticamente queste 4 fasi in sequenza. Per i test di produzione dei condensatori, Chroma possiede le conoscenze e le tecnologie per assistere i clienti nella creazione di un test in linea affidabile o fornire una soluzione di test chiavi in mano completa.


▲ [Figura 8] Diagramma a blocchi del test di misurazione LC/IR del 11210 per il dispositivo testato dei condensatori

▲ [Figura 9] Tempistica e sequenza del test di isolamento regolare

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