Chroma 11210電池芯絕緣測試器是專為鋰電池乾電芯之漏電流(LC)或絕緣電阻(IR)異常檢出而量身打造的絕緣測試器，亦可量測固態電容、積層陶瓷電容(MLCC)、高壓電解電容與絕緣材料。不僅具備標準的LC/IR量測外，更設計「於高壓量測過程中，可針對絕緣體內強烈的局部放電(Partial Discharge, PD)或電氣閃絡(Flashover)進行偵測與分析(以下簡稱"PD偵測功能")」，此功能可協助檢測出鋰離子電池乾電芯在電解液填充前的有效絕緣距離是否足夠，避免潛在不良品進入下一生產階段或流入終端市場。相對於傳統的絕緣測試，11210提升了鋰離子電池驅動之電子電氣產品和電動車的安全性及絕緣材料品質檢測領域到新的境界。
Chroma 11210使用特殊電路設計提供PD偵測功能，全程監測測試過程中電芯內是否曾經發生過因局部異常放電而產生的異常電氣閃絡並量化為可視程度並同時記錄波形。在達到測試電位後，測試時間內也會與一般耐壓或絕緣測試器一樣進行漏電流或絕緣電阻值測量判定異常。+瞬時高壓測試(+Flash)功能提供兩階段間斷式高低電壓，分別檢測待測物在高壓時耐壓特性以及低壓下漏電流表現，獨立的判定漏電流大小以及PD檢出功能，可以有效作用於各種儲能元件。
Chroma 11210的高水平充電電流和快速的量測電路，將整體測試速度大幅提升，對一般電容性待測物做的絕緣測試，均可細分為四個程序：充電→判定延遲→測量→放電，且最快能在20ms內自動的依序執行一個完整的測試，明顯提升生產線的效率。在漏電流量測上，從最小1pA至最大20mA細分為7個檔位以達到精準的LC/IR量測。此外，Auto-range功能可自動切換至最佳檔位執行量測，省卻使用者的時間並確保量測之精準度。
接觸檢查對於絕緣測試的可靠性有決定性之影響，在整個量測過程中，“沒有接觸”也很有可能被判定為良品，此誤判會使不良品進入市場，若待測物的絕緣電阻非常高，此誤判情形會更明顯；所以一般而言，絕緣測試的過程中必須進行接觸檢查，Chroma 11210使用高階電路架構，能在5ms內執行一次完整的接觸檢查，並可選擇量測前執行、量測後執行或量測前後皆執行。
鋰電池安全課題
鋰電池內短路有許多不同的情形，其中最嚴重的一種就是正極的鋁金屬短路到負極的塗佈材料，這樣的短路發生時，會在極小的局部空間內產生大量的熱能，導致起火或爆炸! 類似這樣的電池起火爆炸，是導致過去十年中多起汽車燃燒事件的主因。[圖1]
▲ [圖1] 因電池起火爆炸而造成汽車燃燒
鋰電池(LIB)的起火或爆炸所造成的災難已經是近年來為使用者所嚴重關切的議題，隨著科技不斷的演進，鋰電池的能量密度也不斷地提高，鋰電池安全性的問題更進一步演變成使用者生活中的一個潛在危機!為徹底杜絕這樣的潛在危機，鋰電池起火爆炸的根因必須要被找到，有潛在危機的產品必須要在出廠前被篩出；研究報告顯示，正極的鋁金屬(AL)與負極的塗佈材料(Anode) 之間的短路是起火爆炸的根因[圖2]，而正極鋁金屬上的毛刺或於絕緣層中的雜質顆粒是此等內部短路的主因[圖3]。
▲ [圖2] 四種不同的鋰電池內部短路所造成的溫度爬升曲線
▲ [圖3] 鋰電池內正極鋁金屬上突出的一個毛刺有可能觸碰到負極塗佈的材料，並因此而造成起火或爆炸
研究報告中顯示，負極塗佈的材料 (通常是石墨) 在每一次充電過程中都會稍微的膨脹，經過多次充電後，膨脹導致厚度增加高達24%造成正負極之間極距縮短[圖4]，導致原本電極間因電極毛邊或金屬異物混入而使有效距離短於應有設計，就容易演變為內部短路。通常鋰電池在生產線上都會經歷過幾回的充放電循環。舉例來說，若有兩個瑕疵電池，都各自具有一個長度不同的毛刺在其鋁電極板上 [圖5中的case 1 & case 2]，case 1極可能在生產線上的第二回充電時，就爆發內短路的問題，但case 2就會不幸地發生在消費者身上。
▲ [圖4] 在實際的測試中發現，即便只經過10次的充放電循環， 在負極的石墨材料就可能膨脹超過24%
▲ [圖5] 兩個瑕疵電池，都各自具有一個長度不同的毛刺在其鋁電極板上，一般而言，這兩個電池將會在不同的時間點爆發內短路的問題
強烈局部放電(P.D.) /電氣閃絡(Flashover)偵測與量測功能
Chroma 11210電池芯絕緣測試器具有強烈局部放電 /電氣閃絡偵測功能，可檢測出高壓測試時鋰離子電池乾電芯(LIB)內部因極距不足發生的電氣閃絡。Chroma 11210設計以定電流充電，而LIB乾電芯絕緣層為疏孔性塑膠，所以充電電壓上升應為一直線。Chroma 11210 PD選購卡以類比二階微分分析曲線是否發生正轉折(V">0)，並將其程度量化 (V_PD)。另外，在判定延遲與測試時間裡電壓基本上都固定在所設定測試電壓，漏電流一般呈指數下降或固定。但若發生電氣閃絡電壓雖未必會有可觀察下降，但漏電流會呈現異常上升(CV 補電荷)再下降，或者下降速度明顯減緩又加速現象[圖6] 。Chroma 11210 PD選購卡以類比二階微分分析曲線是否發生負轉折(I"<0)，並將其程度量化(C_PD)讓使用者可了解放電發生之狀態。
▲ [圖6] 完整的鋰離子電池絕緣異常偵測
▲ [圖7] Chroma 11210回報偵測出異常電氣放電
無論在充電或測試中，Chroma 11210都能夠偵測這些異常電氣放電的大小及次數，最高強度可達99。並且可以制定PD大小的上限制，作為pass/fail的判定標準，幫助電池芯廠商分辨出絕緣良品/不良品[圖7] 。
一般的絕緣電阻計或耐壓測試儀只能在特定的時間間隔內量測漏電流的平均值，無法監控電壓及電流波形中的異常變化，Chroma 11210除了具備優越的異常放電檢出功能，亦提供可記錄每個不良品發生PD現象的電壓波形[圖8]，使用者可以縮放記錄內的波形圖，並簡易地查看PD現象的波形細節，此功能對於品保及研發單位提供極大助益。
▲ [圖8] Chroma 11210可記錄每個不良品發生PD現象的電壓波形
+瞬時高壓測試(+Flash Test)功能
此功能提供兩個不同的測試條件(測試電壓、充電電流、量測檔位、取樣積分時間)與判定條件(絕緣漏電或PD限制值等)以滿足各種元件之實際絕緣耐壓檢測之需求。
對鋰離子電池其絕緣檢測實際需求有二：
(1) 有效的正負電極間距 (參考電池安全課題所述)
(2) 隔離膜內的電子導電雜質(漏電流)；
兩者之測試與判定條件即差異頗大。
對MLCC而言，標稱額定使用電壓為考量MLCC介電材料的線性條件，與實際介電材料耐壓程度有相當大的差異(常有約3~數十倍差異)，故在傳統生產絕緣檢測即涵蓋一瞬時過壓(超過額定使用電壓)測試(Flash Test)以及在標稱電壓下的絕緣電阻值之檢測。除確保於標稱電壓無異常漏電，同時確保正常耐壓餘裕度以達到完整的絕緣材品質檢驗。以耐壓餘裕度檢測需求而言，其他電容元件有類似需求，Chroma 11210 + Flash測試功能正是滿足此類儲能元件完整絕緣品質檢測的絕佳設計。
以實際鋰離子電池建議測試為例 [圖9]，第一個Flash Test電壓以極距檢測為目的，設定高於欲檢出之有效極距之對照空氣崩潰電壓(>350V)以檢出未短路狀態之高風險品，重點在檢測此高壓測試時，是否因極距異常而產生絕緣崩潰或電氣閃絡，測試時間較短；後者IR Test則以電子漏電異常檢出為目的，以約5~10倍於鋰離子電池工作電壓 (約2.5V~ 4.3V) 檢測穩定漏電流防止做成電芯成品時造成過高自放電，一般需較長測量延遲時間。
▲ [圖9] Chroma 11210 +瞬時高壓測試(+ Flash Test)功能在鋰離子電池絕緣品質檢測的應用
PD 功能日常檢驗
Chroma A112102局部放電日常檢驗器，可在使用11210電池芯絕緣測試器搭配局部放電偵測卡(A112100)或局部放電分析卡(A112101)時，藉由調整A112102相關設定，以模擬不同大小Level的異常放電。亦可搭配其他標準待測物，對所購買的Chroma 11210局部放電量測功能進行定期檢查(routine check)。
▲ Chroma A112102 連接Chroma 11210 示意圖
① Voltage Trigger：電流充電上升時之觸發電位設定
② PD Interval Time：多次觸發模式時之間隔時間設定
③ PD Capacitance：選擇PD等效電容(能量)
