배터리 셀 절연 테스터 Model 11210

배터리셀절연테스터
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주요 특징
  • 테스트 전압: 최대 1KV(dc)
  • 충전 전류: 최대 50mA
  • 광범위한 누설 전류(LC) 측정 범위(10pA ~ 20mA)
  • 잠재적 내부 단락(A112100 옵션) 검사를 위한 부분 방전/플래시오버 감지 기능:
    • PD 수준 및 발생 횟수 표시
    • PD 발생 및 V/I 파형 확인 모니터
    • 프로그래밍 가능한 PD 레벨 제한 설정
    • PD 및 V/I 파형 로깅(A112101 옵션)
  • 신뢰할 수 있는 내장 접촉 확인
  • 자동 테스트 시퀀스: 충전(charge) - 측정 대기(dwell) - 측정(measure) - 방전(discharge)
  • 고속 테스트 (20ms/device)
  • 480x272 픽셀의 풀 컬러 터치 패널로 간편한 조작 가능
  • 표준 핸들러, USB, RS-232, 이더넷 인터페이스

응용 분야

  • 리튬 이온 배터리(LIB) 셀 절연 테스트(건전지 유닛 테스트)
  • 커패시터 또는 다양한 종류의 절연체에 대한 절연 테스트

Chroma 11210 배터리 셀 절연 테스터는 배터리 셀 뿐만 아니라 다양한 절연체의 누설 전류(LC)와 절연 저항(IR)을 정확하게 측정하는 데 사용되는 기기입니다. 11210은 표준 LC/IR 측정 외에도 고전압 절연 테스트 중 절연체 내부에서 발생할 수 있는 부분 방전(PD) 또는 플래시오버를 감지하는 기능을 갖추고 있습니다.

PD 측정 기능으로 전해액 충전 전 배터리 내부 상태를 감지하여 결함이 있는 제품은 걸러내고 다음 생산 단계로 진입하여 현장에서 발생할 수 있는 잠재적 위험을 방지할 수 있습니다. 기존의 절연 테스트 방식과 달리 Chroma 11210은 배터리 품질 검사 및 평가를 위한 완전히 새로운 방식을 제공합니다.

충분한 충전 전류 범위를 갖춘 11210은 시퀀스 자동 실행으로 빠른 테스트를 수행할 수 있습니다. 애플리케이션의 절연 테스트의 순서는 "충전→ 측정 대기→ 테스트→ 방전"입니다. 이 시퀀스는 단일 DUT(Device Under Test)에 대해 20ms 이내로 자동 실행될 수 있습니다. 즉, 생산 라인에서 50pcs/sec 이상의 공정률을 달성할 수 있습니다.

Chroma 11210은 10pA ~ 20mA의 광범위한 측정이 가능하며 이를 7개의 범위로 나누어 LC를 측정하여 정확도를 향상시킵니다. 또한 자동 범위 기능으로 새로운 DUT에서 빠르고 쉬운 작동을 위해 사용할 수 있습니다.

Chroma 11210에 사용되는 특수 회로 덕분에 PD 감지 기능에 시간이 추가로 필요하지 않습니다. LC/IR 측정과 PD 감지 테스트를 동시에 수행할 수 있으며, 두 테스트 결과가 모두 자동으로 보고됩니다. 따라서, LC/IR 및 PD 테스트에 DUT당 20ms 미만으로 빠르게 테스트를 수행할 수 있습니다.

기존의 절연 테스트에서는 접촉 점검이 전체 테스트의 신뢰성에 중요한 부분을 차지합니다. 테스트 프로브가 DUT와 접촉되지 않아 절연 테스트가 실제로 진행되지 않은 경우에도 “통과”로 처리될 가능성이 많습니다. 이는 "falsegood" 상태를 유발하여 결함이 있는 DUT를 양품으로 판정할 수 있습니다. 이는 특히 DUT의 저항값이 매우 높은 경우 발생 가능성이 높습니다. Chroma 11210의 접촉 점검 기능은 테스트 중에 접촉 실패를 즉시 감지할 수 있는 첨단 기술을 사용합니다. 또한 측정 전후의 접촉 확인에 5ms밖에 걸리지 않습니다.

 리튬 이온 배터리의 안전성 문제

리튬 이온 배터리(LIB)의 화재 또는 폭발로 인한 문제가 증가하고 있습니다. 기술 발전에 따라 LIB의 에너지 밀도가 증가하고 있으며, 이는 소비자에게 더 큰 위험을 초래합니다. 화재나 폭발을 방지하기 위해서는 근본 원인을 해결하고 결함이 있는 제품은 미리 선별된 후 시장에 판매돼야 합니다. 최근 연구에 따르면 셀 내부의 양극(알루미늄)과 음극에 코팅된 재료 사이의 내부 단락이 화재 또는 폭발의 근본 원인인 것으로 밝혀졌습니다[그림 1]. 금속 전극에 존재하는 돌기나 분리막 내부의 불순물들이 이러한 내부 단락을 일으킬 수 있습니다. [그림 2]

연구 결과 음극에 코팅된 소재(일반적으로 흑연)는 충전 단계에서 팽창하며, 충전/방전 사이클이 반복되는 동안 최대 24% 정도 팽창하는 것으로 나타났습니다. 이 팽창은 알루미늄판의 돌기가 음극에 코팅된 흑연에 닿아 화재가 발생할 때까지 계속될 수 있습니다 [그림 3]. 일반적으로 배터리는 출하 전 충전/방전 사이클이 여러 번 수행됩니다. 예를 들어보겠습니다. 두 개의 불량 셀이 생산 라인에 존재하며, 각각의 알루미늄 판에 높이 또는 길이가 다른 단일 돌기가 있습니다[그림 4의 사례 1 ,2]. 사례 1의 케이스는 두 번째 충전 사이클에서 돌기가 양극에 닿았기 때문에 감지될 수 있습니다. 그러나 대부분의 경우, 사례 2처럼 추후 충전 사이클까지 문제가 감지되지 않은 후 소비자에게 판매된 이후에 단락이 발생될 가능성이 매우 높습니다.

  PD 감지 및 측정 기능

Chroma 11210의 부분 방전(PD) 감지 기능은 전해질을 채우기 전단계에서의 배터리 셀 내부 결함을 감지할 수 있습니다. 전극 금속판의 돌기나 건전지 내 절연층(절연 시트)에 내부 결함(불순물 등)이 있을 경우 남아 있는 절연 거리는 짧아지지만 단락이 되지는 않습니다. 대부분의 경우, 아주 짧은 시간동안 나타나는 단락은 일반적인 LC/IR 테스트로는 감지하기 어렵습니다. 11210은 아주 초기 단계의 단락 가능성을 감지할 수 있는 유일한 기기입니다. 적절한 테스트 전압을 적용하고 PD 임계값 레벨을 설정하면 11210을 통해 음극과 흑연 사이의 ‘유효 거리’를 ‘측정’할 수 있습니다(우측 방정식 및 설명 참조).

Chroma 11210 배터리 셀 절연 테스터는 배터리 셀 내부에서 발생할 수 있는PD 또는 플래시오버를 감지합니다. 11210은 서로 다른 방식을 이용한 두 가지 감지 단계가 있습니다. 11210이 사용자가 설정한 정전류로 DUT를 충전할 때 사용하는 모드는 CC(Constant Current; 정전류) 모드입니다. 이 모드 사용 시 11210은 전압과 슬로프를 모니터링합니다. 전압 슬로프상의 결함 또는 예기치 않은 슬로프 변경을 감지하면 이를 PD 발생으로 보고합니다 ( 로 표시). 두 번째 모드는 CV(Constant Voltage; 정전압) 모드입니다. 이 모드에서는 누설되는 전류가 일정해야 합니다. 따라서 전류 파형에 비정상적이고 돌출된 펄스는 비정상적인 방전(즉, PD 또는 플래시오버)의 결과로, 11210에 의해 PD 발생으로 ( 로 표시) 감지해 보고됩니다. Chroma 11210은 단순한 PD 발생을 감지할 뿐만 아니라 대략적인 펄스의 크기를 측정해 보고합니다(참고 *1). [그림 5를 참조하십시오].


▲ [그림 5] CC(충전) & CV(측정) 단계 모두에서 PD/플래시오버 감지

▲ ▲ [그림 6] 11210의 CC&CV 모드에서 PD가 검출되어 보고됨

11210은 CC 및 CV 모드에서 PD 발생 횟수를 최대 99회까지 감지할 수 있습니다 [그림 6]. 강도 및 발생 횟수 또는 두가지에 모두에 대한 임계값 기준을 설정해 합격/불합격 판정을 내릴 수 있으며, 이는 생산 라인의 특성이 다른 다양한 장치들을 테스트할 때 매우 유용합니다.

참고 *1 : PD의 방전량 측정은 펄스 지속 시간이 100us보다 짧고, 연속되는 펄스 사이의 시간 간격이 300us보다 클 때 가장 정확합니다.

뛰어난 PD 감지 및 측정 기능 덕분에, Chroma 11210은 일반 LC/IR 미터나 Hipot 테스터기가 할 수 없는 작업을 수행할 수 있습니다. 일반 LC/IR 미터 또는 Hipot 테스터기는 특정 시간 간격 내에서 누설 전류의 평균값만 측정할 수 있으며, 전압 및 전류 파형의 세부 정보를 모두 모니터링할 수는 없습니다. 11210은 낮은 리플과 노이즈로 매우 안정적인 테스트 전압을 제공합니다. 이를 통해 전압 또는 전류 파형에서 매우 작은 결함 또한 찾을 수 있습니다. [그림 8]은 전압 파형의 세부 정보를 조사하지 않으면 DUT 내부에서 발생하는 작은 PD 또는 플래시오버를 감지할 수 없음을 보여줍니다.


▲ [그림 7] 전압 파형을 자세히 살펴보지 않으면 이상 징후가 나타나지 않습니다(왼쪽 사진). Chroma 11210에서 보다 자세히 살펴본 결과 PD가 두 번 발생했으며, 한번은 CC 모드에서, 다른 한번은 CV 모드 근처에서 발생했음을 관찰할 수 있습니다(오른쪽 사진).

PD검출로 인해 테스트를 통과하지 못한 DUT에 대해 전압 및 전류 파형을 검토해야하는 경우, Chroma 11210은 전압 및 전류 파형을 각각 저장할 수 있는 고급 옵션을 제공합니다. 줌 기능을 통해 사용자는 PD 파형의 세부 정보를 쉽게 볼 수 있습니다. 또한, 캡처와 레코드 기능을 이용해 R & D및 QA 부서에서 추가적인 분석 과 연구를 수행할 수 있습니다.

 11210을 도입한 커패시터 테스트 애플리케이션

Chroma 11210은 이전 11200 커패시터 LC/IR 미터의 차세대 및 고급 버전입니다. 11210에는 보다 정확성이 높은 다양한 기능이 포함되어 있으며, 11200에 수록된 모든 주요 기능은 그대로 유지됐습니다. 따라서 11210은 모든 유형의 커패시터를 위한 고급 LC/IR 미터이기도 합니다 [그림 8].

11210은 생산라인에서 적절한 고정부를 사용하여 매우 빠른 속도(DUT당 약 20ms)로 커패시터를 테스트할 수 있습니다. 또한, LC/IR 측정 범위가 매우 넓으며 정확도 역시 뛰어납니다. Chroma 11210은 모든 커패시터 생산 라인에 대한 새로운 표준 검사 기기입니다.

11210의 PD 검출 기능은 특별히 배터리의 절연 검사를 위해 설계되었지만, 커패시터 테스트 중 내부에서 일어나는 상황 또한 명확하게 파악할 수 있습니다. 또한 11210에서 수집된 데이터를 통해 사용자는 절연 품질을 최고 수준으로 개선할 수 있습니다.

앞서 언급한 바와 같이, 일반적인 절연 테스트에서는 "충전→ 측정 대기→ 테스트→ 방전”의 4단계가 순차적으로 실행됩니다 [그림 9]. Chroma 11210에서는 처음 3단계에 소요되는 시간을 각각 프로그래밍할 수 있으며 각각 5ms ~ 9.999sec 범위에서 설정할 수 있습니다. “측정 대기” 단계는 특히 중요합니다. 정전 용량이 큰 순수 대형 저항 장치 또는 용량은 크나 절연저항이 낮은 커패시터를 쓰는 경우, 사용자는 실제 측정을 수행하기 전에 충분한 "측정 대기" 시간을 설정해야 합니다. 긴 "측정 대기" 시간은 충전 전류가 안정되어 누설 전류 측정에 영향을 미치지 않도록 합니다.

11210은 시간 설정에 매우 유연하며, 4가지 단계를 자동적으로 수행할 수 있습니다. 커패시터 생산 테스트를 위해 Chroma는 고객이 신뢰할 수 있는 인라인 테스트를 설정하거나 완벽한 턴키 테스트 솔루션을 제공할 수 있는 지식과 기술을 보유하고 있습니다.


▲ [그림 8] 커패시터 DUT에 대한 11210의 LC/IR 측정 블록 다이아그램

▲ [그림 9] 일반 절연검사의 타이밍 & 순서

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배터리 셀 절연 테스터

PD(부분 방전) 감지 카드

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