電池内部抵抗および電圧同期検出用電池試験装置に関する研究

要約：

新エネルギー車、エネルギー貯蔵発電所、および家庭用リチウムイオン電池産業の急速な発展に伴い、電池セルおよび電池パックの安全性、均一性、および寿命評価が業界の主要な関心事となっています。内部抵抗と直流電圧は、電池の健全性状態を特徴づける2つの主要なパラメータです。 バッテリー試験装置 バッテリー抵抗と電圧データの同期取得を実現し、生産選別、研究室での研究開発、運用保守検査などのシナリオでテストタスクを完了できます。 LISUN LS5562 高電圧・高精度バッテリー内部抵抗テスターに​​関する本論文では、バッテリー試験装置の技術原理、主要パラメータ、規格への準拠、および工学的応用シナリオを分析し、同一製品シリーズの技術指標を比較し、電力用バッテリー、エネルギー貯蔵用バッテリー、燃料電池の試験における高電圧バッテリー試験装置の実用的価値について考察し、バッテリー生産品質検査および研究開発試験装置の選定のための参考資料を提供する。

導入：

新エネルギー産業の急速な拡大を背景に、リチウムイオン電池、水素燃料電池、鉛蓄電池、スーパーキャパシタなどのエネルギー貯蔵デバイスの生産量は増加し続けている。単セルから組み立てられたパックに至るまで、バッテリー製品は試験段階でより高い要求を課している。バッテリーの内部抵抗は、内部電極の劣化、電解液の劣化、溶接不良などの問題を反映し、開回路電圧はバッテリーの充電状態を直接反映する。この2つの組み合わせは、バッテリーの品質を判断する重要な基準となる。従来の2線式検出方式では、リード抵抗と接触抵抗が混入しやすい。ミリオーム範囲の低内部抵抗バッテリーでは、測定誤差が大きくなり、高電圧パワーバッテリーや高速生産ラインの試験要件を満たすことができない。

バッテリー品質管理の中核機器として、バッテリー試験装置は、セル工場出荷選別、サイクル寿命試験、バッテリーパック保守検査、故障解析などのタスクで広く使用されています。AC 4端子（ケルビン）測定技術は、主流の高精度バッテリー内部抵抗試験方法です。電流励起ループと電圧サンプリングループを互いに独立させることで、テストリードによる測定誤差を排除し、マイクロオームレベルの内部抵抗測定を実現すると同時に、DC電圧データを同期的に収集することで、GB/T 31484-2015やIEC 62133-1:2017などの国内外の規格の試験要件を満たします。 LISUN LS5562 高電圧高精度バッテリー内部抵抗テスターは、バッテリー業界向けに開発されたバッテリー試験装置です。抵抗と電圧パラメータの検出を同時に完了でき、自動生産ラインのネットワーク化をサポートし、高電圧直列接続バッテリーパック、ボタン電池、スーパーキャパシタ、燃料電池などのサンプルの試験ニーズに対応します。詳細については、製品リンクを参照してください。[https://www.lisungroup.cn/products/8724.html](https://www.lisungroup.cn/products/8724.html）。

1．電池内部抵抗および電圧同期検出の技術原理

バッテリー試験装置は、内部抵抗試験に交流4端子測定（ケルビン4線式）を採用しています。試験励起は1kHzの交流小信号で、一方の端子ペアから交流励起電流が出力され、もう一方の端子ペアからバッテリー両端の電圧信号が収集されます。電圧サンプリングループの入力インピーダンスは非常に高く、ループを流れる電流はごくわずかであるため、テストリードやプローブの接触による抵抗は測定されるバッテリー内部抵抗に含まれず、ミリΩまたはマイクロΩレベルでの高精度測定が可能です。装置はバッテリーの直流電圧を同期的に収集し、抵抗Rと電圧Vの2つのパラメータを同期的に出力します。

内部抵抗インジケーターは、バッテリーの内部状態を敏感に反映します。バッテリーが劣化したり、電解液が劣化したり、タブの溶接不良が発生したりすると、内部抵抗値は著しく上昇します。電圧はセルの均一性を判断するために使用されます。マルチセルバッテリーパック内の個々のセルの電圧ばらつきが大きすぎると、パック全体の寿命が短くなり、熱暴走による安全上の危険が生じる可能性があります。バッテリー試験装置が内部抵抗と電圧の両方のデータを同時に取得して初めて、HI/IN/LOの等級判定を完了し、合格、やや高い、不合格のサンプルを区別することができます。一般的なマルチメーターは電圧測定しかできず、内部抵抗の測定精度が不十分なため、品質判定専用のバッテリー試験装置の代わりにはなりません。

その LS5562 バッテリー試験装置は、交流内部抵抗測定と直流電圧測定を統合しています。コンパレータを内蔵し、10段階の選別に対応しています。抵抗値と電圧値それぞれについて独立した閾値判定が可能で、両パラメータを組み合わせた総合的な論理判定も実現し、合否判定結果を出力して自動生産ラインの選別にも適しています。また、テストリードの接触チェック機能も備えています。プローブの接触不良が発生した場合、異常を特定することで、生産ラインでの誤った試験データの発生を防ぎ、バッチ検査の信頼性を向上させます。

2 技術パラメータ分析 LISUN LS5562 バッテリー試験装置

その LISUN LS5562 高電圧・高精度バッテリー試験装置に属し、同シリーズには LS5560 (NAIST) と LS5562A モデル。 ザ・ LS5562A 最大 300VDC の高電圧入力をサポートし、高電圧バッテリーモジュールのテストに適しています。 LS5560 (NAIST) と LS5562 電源電圧は60VDCです。この測定器は4.3インチのカラー液晶画面を備え、抵抗値Rと電圧Vを同時に表示します。内部抵抗の最小分解能は0.1μΩ、電圧分解能は最大10μV、最速の測定速度は100回/秒で、高速大量生産ラインのサンプリングと選別要件を満たします。

表1 主な仕様パラメータの比較 LISUN LS5560, LS5562 (NAIST) と LS5562A

パラメータ比較から、 LS5560 LS5562 300Ωと3000Ωの2つのギアを追加して抵抗範囲を拡張し、パワーバッテリーのミリオームレベルの低内部抵抗と、高内部抵抗のエネルギー貯蔵バッテリーおよびバッテリーアセンブリの一部の両方をテストできます。 LS5562A 本製品は、300Vの直流電圧入力に対応し、電気自動車用マルチシリーズリチウムイオンバッテリーパックの検出ニーズに対応する、高電圧直列接続モジュール向けに設計されています。

本装置は、EX.FAST（4ms）、FAST（12ms）、MEDIUM（42ms）、SLOW（157ms）の4つのサンプリング速度設定を備えています。高速モードは生産ラインでの大量バッチの高速スクリーニングに使用され、低速モードは測定安定性をさらに向上させ、ラボでの研究開発テストに適しています。測定精度に関しては、3mΩ～30mΩの低抵抗範囲で±0.5%rdg.±10dgt、30mΩ～3000Ωの範囲で±0.5%rdg.±5dgt、DC電圧測定精度は±0.01%rdg.±3dgtに達し、高精度検出の要件を満たしています。

通信レベルでは、SCPIおよびModbus-RTUプロトコルがサポートされています。HANDLERの選別インターフェースは、追加ソフトウェアなしで自動選別装置に直接接続でき、テスト結果はUSB経由でコンピュータに直接アップロードできます。機器パラメータ設定では、機器本体に50件、Uディスクに500件の設定を保存できるため、異なる種類のバッテリーのテスト設定を素早く呼び出し、生産ラインの試運転時間を短縮できます。テストリードの接触チェック機能は、プローブの仮想接続や緩みを特定できるため、ハードウェアレベルでバッチテストにおける無効なデータを削減でき、自動生産ラインにとって非常に実用的です。

バッテリーテスター LS5562 AL3

3. 準拠した業界標準と適用シナリオ

このバッテリー試験装置は、GB/T 31484-2015「電気自動車用トラクションバッテリーのサイクル寿命要件及び試験方法」、GB/T 31485-2015「電気自動車用トラクションバッテリーの安全要件及び試験方法」、GB/T 18287-2013「携帯電話用リチウムイオン電池及びバッテリーパックの一般仕様」、GB/T 22473-2013「エネルギー貯蔵用リチウムイオン電池及びバッテリーパックの一般要件」など、国内外の複数のバッテリー規格の試験条件に対応しており、国際規格IEC 61960-1:2017及びIEC 62133-1:2017とも互換性があり、実験室標準試験及び工場品質検査に使用できます。

主な応用シナリオは LS5562 バッテリー試験装置は以下のとおりです。

1. リチウム電池の量産品質検査：工場出荷時に消費者向けリチウム電池とボタン電池を高速選別し、内部抵抗と電圧を同時に収集し、合格基準を満たすセルを選別し、溶接欠陥や内部異常のあるセルを除去します。
2. パワーバッテリーおよび高電圧バッテリーパックのテスト：電気自動車用リチウムバッテリーモジュールおよびマルチセル直列高電圧リチウムバッテリーの内部抵抗および電圧を測定し、組み立て後の個々のセルの一貫性を評価する。
3. エネルギー貯蔵およびUPSバッテリーのテスト：鉛蓄電池およびエネルギー貯蔵用リチウム電池の劣化評価、定期的な運用および保守の検出、およびバッテリー寿命の劣化予測。
4. 特殊バッテリー試験：燃料電池スタックおよび水素燃料電池の抵抗および電圧試験、スーパーキャパシタのESR（等価直列内部抵抗）試験。
5. 研究室での研究開発および故障解析：バッテリーのサイクル劣化中の内部抵抗と電圧の変化を追跡し、バッテリーの劣化法則を研究し、故障したサンプルを診断する。
6. 自動化システム統合：自動選別機構と連携して完全自動バッテリーテストステーションを構築し、大量生産品の無人検出とテスト結果の自動保存およびアーカイブを実現します。

実際の生産工程において、選別基準を電圧のみに頼ると、内部抵抗が異常でも電圧が正常な不良セルが次の工程に流れてしまう可能性があります。また、内部抵抗のみでは過充電セルや電圧不足セルを識別することはできません。バッテリー試験装置は、内部抵抗と電圧の同時測定を実現する必要があり、この2つの側面を総合的に判断することによってのみ、信頼性の高い選別が可能となり、下流工程におけるパックの故障リスクを低減できます。

バッテリー試験装置の選定と使用における4つの重要ポイント

バッテリー試験装置を選択する際には、試験対象バッテリーの最大電圧範囲、内部抵抗範囲、および生産ライン速度の要件を総合的に考慮する必要があります。60V以内の単セルまたは低電圧モジュールの場合、 LS5562 ミリオームレベルのパワーバッテリーからキロオームレベルのバッテリーアセンブリまで対応可能。高電圧バッテリーモジュールの場合、 LS5562A 300VDCの耐電圧を満たすモデルを選択する必要があります。

実際のテストでは、AC 4端子バッテリーテスト装置は鉛抵抗を排除できますが、プローブの酸化、圧力不足、表面汚染により接触不良が発生する可能性があります。接触異常を早期に検出するために、装置自身の接触チェック機能を適切に使用する必要があります。EX.FAST高速モードでは、測定精度に桁誤差が加算されるため、研究開発テストでは、データ精度を確保するためにMEDIUMモードまたはSLOWモードの使用をお勧めします。自動生産ラインで使用する場合は、長期バッチテストのデータ再現性を保証するために、装置を定期的に校正し、テストプローブを定期的にメンテナンスする必要があります。

同時に、このタイプのバッテリー試験装置は交流内部抵抗試験も行いますが、これは直流放電内部抵抗とは異なります。両者の物理的な意味は異なるため、試験時には規格で規定されている試験方法を区別し、対応する試験条件に合わせる必要があります。

5まとめ

新エネルギー電池産業の質の高い発展を背景に、 バッテリー試験装置 は、バッテリー製品の一貫性と安全性を確保するための不可欠なツールです。バッテリーの2つの主要指標である内部抵抗と電圧は、バッテリーの状態を完全に評価するために同期して検出する必要があります。 LISUN LS5562 高電圧・高精度バッテリー内部抵抗テスターは、交流4端子測定方式を採用し、マイクロオームレベルの分解能、幅広い測定範囲、高速テスト、豊富な通信インターフェースを備えています。また、国内外の複数の規格に対応し、研究室での研究開発と工場生産ラインでの自動テストの両方を考慮しています。リチウムイオン電池、蓄電池、燃料電池、スーパーキャパシタなど、様々なエネルギー貯蔵デバイスのテストに使用できます。

バッテリー技術の進化に伴い、高電圧・大容量バッテリーがますます普及し、バッテリー試験装置の耐電圧、精度、耐干渉性、自動化機能に対する要求が高まっています。実際の選定と適用においては、試験対象の電圧、内部抵抗範囲、適用シナリオに応じてバッテリー試験装置の仕様を適切に選択し、操作手順を標準化することで、内部抵抗・電圧同期検出の価値を最大限に引き出し、バッテリーの安全性リスクを低減し、バッテリー製品の品質向上に貢献します。