Investigación sobre equipos de prueba de baterías para la detección síncrona de la resistencia interna y el voltaje de la batería.

Abstracto:

Con el rápido desarrollo de los vehículos de nueva energía, las centrales de almacenamiento de energía y la industria de baterías de litio para el consumidor, la seguridad, la consistencia y la evaluación de la vida útil de las celdas y los paquetes de baterías se han convertido en las principales preocupaciones del sector. La resistencia interna y el voltaje de CC son los dos parámetros clave que caracterizan el estado de salud de la batería. Equipo de prueba de batería Puede lograr la adquisición síncrona de datos de resistencia y voltaje de la batería, completando tareas de prueba en la clasificación de producción, I+D de laboratorio, detección de operación y mantenimiento y otros escenarios. Centrándose en la LISUN LS5562 Este artículo, que trata sobre un probador de resistencia interna de baterías de alta tensión y alta precisión, analiza los principios técnicos, los parámetros clave, el cumplimiento de las normas y los escenarios de aplicación en ingeniería de los equipos de prueba de baterías, compara los indicadores técnicos de la misma serie de productos y analiza el valor práctico de los equipos de prueba de baterías de alta tensión en las pruebas de baterías de potencia, baterías de almacenamiento de energía y pilas de combustible, proporcionando una base de referencia para la inspección de calidad en la producción de baterías y la selección de equipos de prueba para I+D.

Introducción:

En el contexto de la rápida expansión de la industria de las nuevas energías, la producción de dispositivos de almacenamiento de energía, como baterías de iones de litio, pilas de combustible de hidrógeno, baterías de plomo-ácido y supercondensadores, continúa en aumento. Desde celdas individuales hasta paquetes de baterías (PACK) ensamblados, los productos de baterías exigen pruebas más rigurosas. La resistencia interna de la batería puede reflejar problemas como el envejecimiento de los electrodos internos, la degradación del electrolito y los defectos de soldadura; la tensión en circuito abierto refleja directamente el estado de carga de la batería. La combinación de ambas es fundamental para evaluar la calidad de la batería. Los esquemas de detección tradicionales de dos cables tienden a introducir resistencia de plomo y resistencia de contacto. Para baterías con baja resistencia interna en el rango de los miliohmios, el error de medición es considerable, lo que imposibilita cumplir con los requisitos de prueba de las baterías de alta tensión y las líneas de producción de alta velocidad.

Como instrumento fundamental para el control de calidad de las baterías, el equipo de prueba de baterías se utiliza ampliamente en la clasificación de celdas de fábrica, pruebas de vida útil, detección de mantenimiento de paquetes de baterías, análisis de fallas y otras tareas. La técnica de medición de cuatro terminales de CA (Kelvin) es el método principal de prueba de resistencia interna de baterías de alta precisión. Hace que el bucle de excitación de corriente y el bucle de muestreo de voltaje sean independientes entre sí, eliminando la desviación de medición causada por los cables de prueba, logrando una medición de resistencia interna a nivel de microohmios, mientras que recopila sincrónicamente datos de voltaje de CC para cumplir con los requisitos de prueba de estándares nacionales e internacionales como GB/T 31484-2015 e IEC 62133-1:2017. LISUN LS5562 El probador de resistencia interna de baterías de alta tensión y alta precisión es un equipo de prueba de baterías desarrollado para la industria de baterías. Puede completar simultáneamente la detección de parámetros de resistencia y voltaje, admite la conexión en red de líneas de producción automáticas y se adapta a las necesidades de prueba de paquetes de baterías conectadas en serie de alto voltaje, baterías de botón, supercondensadores, celdas de combustible y otras muestras. Para obtener más detalles, consulte el enlace del producto: [https://www.lisungroup.cn/products/8724.html](https://www.lisungrupo.cn/productos/8724.html).

1. Principio técnico de la detección síncrona de la resistencia interna y el voltaje de la batería

El equipo de prueba de baterías utiliza la medición de cuatro terminales de CA (método Kelvin de cuatro hilos) para la prueba de resistencia interna. La excitación de prueba es una pequeña señal de CA de 1 kHz: un par de terminales emite la corriente de excitación de CA y el otro par recoge la señal de voltaje en ambos extremos de la batería. La impedancia de entrada del bucle de muestreo de voltaje es extremadamente alta y prácticamente no circula corriente a través del bucle, por lo que la resistencia causada por los cables de prueba y el contacto de la sonda no se incluye en la resistencia interna medida de la batería, logrando una medición precisa a nivel de miliohmios o incluso microohmios. El instrumento recoge de forma síncrona el voltaje de CC de la batería, lo que permite la salida síncrona de los dos parámetros: resistencia R y voltaje V.

El indicador de resistencia interna refleja con precisión el estado interno de la batería: cuando la batería envejece, el electrolito se degrada o la soldadura de las pestañas es defectuosa, el valor de la resistencia interna aumenta significativamente; el voltaje se utiliza para evaluar la consistencia de las celdas. Si la dispersión de voltaje de las celdas individuales en un paquete de baterías multicelda es demasiado grande, acortará la vida útil de todo el paquete y representará un riesgo de fuga térmica. Solo cuando el equipo de prueba de baterías adquiere datos de resistencia interna y voltaje simultáneamente, puede realizar una evaluación de clasificación HI/IN/LO y distinguir entre muestras calificadas, ligeramente altas y no calificadas. Un multímetro común solo puede realizar mediciones de voltaje y tiene una precisión insuficiente en la medición de la resistencia interna, por lo que no puede reemplazar al equipo de prueba de baterías especializado para la evaluación de la calidad.

El LS5562 El equipo de prueba de baterías integra la medición de resistencia interna de CA y la medición de voltaje de CC. Incorpora un comparador y admite clasificación de 10 niveles. Permite realizar un juicio de umbral independiente para resistencia y voltaje, y también un juicio lógico integral que combina ambos parámetros, generando resultados de APROBADO/RECHAZADO y adaptándose a la clasificación automatizada de la línea de producción. Además, cuenta con una función de verificación de contacto de los cables de prueba. Si las sondas presentan un contacto deficiente, se puede identificar la anomalía para evitar datos de prueba erróneos en la línea de producción y mejorar la fiabilidad de la detección de lotes.

2 Análisis de parámetros técnicos del LISUN LS5562 Equipo de prueba de batería

El LISUN LS5562 pertenece a los equipos de prueba de baterías de alto voltaje y alta precisión, y la misma serie incluye el LS5560 y LS5562A modelos. los LS5562A Admite una entrada de alto voltaje de hasta 300 V CC y es adecuado para pruebas de módulos de baterías de alto voltaje, mientras que el voltaje de entrada nominal del LS5560 y LS5562 La alimentación es de 60 V CC. El instrumento está equipado con una pantalla LCD a color de 4.3 pulgadas que muestra simultáneamente la resistencia R y el voltaje V; la resolución mínima de la resistencia interna puede alcanzar 0.1 μΩ, la resolución de voltaje es de hasta 10 μV y la velocidad de prueba más rápida es de 100 veces/segundo, lo que cumple con los requisitos de muestreo y clasificación de líneas de producción en masa de alta velocidad.

Tabla 1 Comparación de los principales parámetros de especificación de LISUN LS5560, LS5562 y LS5562A

De la comparación de parámetros, se puede observar que en comparación con el LS5560, LS5562 amplía el rango de resistencia con dos engranajes adicionales de 300Ω y 3000Ω, de modo que puede probar tanto la baja resistencia interna a nivel de miliohmios de las baterías de potencia como parte de las baterías de almacenamiento de energía y conjuntos de baterías de alta resistencia interna; LS5562A Está diseñado para módulos conectados en serie de alto voltaje, con una capacidad de entrada de voltaje de 300 V CC, adaptándose a las necesidades de detección de paquetes de baterías de litio en serie múltiple para vehículos eléctricos.

El instrumento está configurado con cuatro velocidades de muestreo: EXTRA RÁPIDA (4 ms), RÁPIDA (12 ms), MEDIA (42 ms) y LENTA (157 ms). El modo de alta velocidad se utiliza para el análisis rápido de grandes lotes en líneas de producción, mientras que el modo de baja velocidad mejora aún más la estabilidad de la medición y es adecuado para pruebas de I+D en laboratorio. En términos de precisión de medición, el rango de baja resistencia de 3 mΩ a 30 mΩ es de ±0.5 % de la lectura ±10 dígitos; la precisión del rango de 30 mΩ a 3000 Ω es de ±0.5 % de la lectura ±5 dígitos; la precisión de medición de voltaje CC alcanza ±0.01 % de la lectura ±3 dígitos, cumpliendo con los requisitos de detección de alta precisión.

A nivel de comunicación, se admiten los protocolos SCPI y Modbus-RTU. La interfaz de clasificación HANDLER se conecta directamente a equipos de clasificación automática sin necesidad de software adicional, y los resultados de las pruebas se pueden cargar directamente al ordenador mediante USB. La configuración de parámetros del instrumento permite guardar 50 ajustes en el instrumento y 500 en la unidad USB, lo que facilita la recuperación rápida de esquemas de prueba para diferentes tipos de baterías y reduce el tiempo de puesta en marcha de la línea de producción. La función de comprobación de contacto de los cables de prueba permite identificar conexiones falsas o conexiones sueltas de las sondas, lo que reduce los datos erróneos en las pruebas por lotes a nivel de hardware, lo que resulta de gran utilidad práctica para las líneas de producción automatizadas.

Probador de batería LS5562 AL3

3. Normas industriales y escenarios de aplicación que cumplen con la normativa.

Este equipo de prueba de baterías admite las condiciones de prueba de múltiples estándares nacionales e internacionales para baterías, incluyendo GB/T 31484-2015 “Requisitos de ciclo de vida y métodos de prueba para baterías de tracción de vehículos eléctricos”, GB/T 31485-2015 “Requisitos de seguridad y métodos de prueba para baterías de tracción de vehículos eléctricos”, GB/T 18287-2013 “Especificación general de baterías de iones de litio y paquetes de baterías para teléfonos móviles”, GB/T 22473-2013 “Requisitos generales para baterías de iones de litio y paquetes de baterías utilizados en el almacenamiento de energía”, y también es compatible con los estándares internacionales IEC 61960-1:2017 e IEC 62133-1:2017, y puede utilizarse para pruebas estándar de laboratorio e inspección de calidad en fábrica.

Los principales escenarios de aplicación de la LS5562 Los equipos de prueba de baterías son:

1. Inspección de calidad de producción en masa de baterías de litio: clasificación de alta velocidad de baterías de litio para el consumidor y baterías de botón a la salida de fábrica, recopilación sincrónica de la resistencia interna y el voltaje, selección de celdas con consistencia calificada y eliminación de celdas con defectos de soldadura y anomalías internas;
2. Pruebas de baterías de potencia y paquetes de baterías de alto voltaje: medición de la resistencia interna y el voltaje de los módulos de baterías de litio para vehículos eléctricos y baterías de litio de alto voltaje en serie de varias celdas para evaluar la consistencia de las celdas individuales después del ensamblaje;
3. Pruebas de baterías para sistemas de almacenamiento de energía y sistemas UPS: evaluación de la degradación de baterías de plomo-ácido y baterías de litio para almacenamiento de energía, detección de funcionamiento y mantenimiento periódicos y predicción del deterioro de la vida útil de la batería;
4. Pruebas especiales de baterías: pruebas de resistencia y voltaje de pilas de combustible y pilas de combustible de hidrógeno; pruebas de resistencia interna en serie equivalente ESR de supercondensadores;
5. Investigación y desarrollo de laboratorio y análisis de fallas: seguimiento de la resistencia interna y los cambios de voltaje durante el envejecimiento del ciclo de la batería, estudio de las leyes de degradación de la batería y diagnóstico de muestras defectuosas;
6. Integración de sistemas automatizados: cooperación con mecanismos de clasificación automática para construir estaciones de prueba de baterías totalmente automáticas, que permitan la detección sin supervisión de productos en masa, con almacenamiento y archivo automáticos de los resultados de las pruebas.

En la producción real, si la clasificación se basa únicamente en el voltaje, algunas celdas defectuosas con resistencia interna anormal pero voltaje normal pasarán al siguiente proceso; basarse solo en la resistencia interna no permite identificar celdas sobrecargadas o con voltaje insuficiente. Los equipos de prueba de baterías deben medir simultáneamente la resistencia interna y el voltaje, y solo mediante la evaluación conjunta de ambas dimensiones se puede lograr una selección confiable y reducir el riesgo de fallas en los paquetes de baterías posteriores.

4 puntos clave para la selección y el uso de equipos de prueba de baterías

Al seleccionar equipos de prueba de baterías, es necesario considerar exhaustivamente el rango de voltaje máximo, el rango de resistencia interna y los requisitos de velocidad de la línea de producción de la batería probada. Para celdas individuales o módulos de bajo voltaje dentro de 60 V, LS5562 puede abarcar desde baterías de potencia de nivel de miliohmios hasta conjuntos de baterías de nivel de kiloohmios; para módulos de baterías de alto voltaje, el LS5562A El modelo debe seleccionarse de manera que cumpla con la tensión de resistencia de 300 V CC.

En las pruebas reales, si bien los equipos de prueba de baterías de cuatro terminales de CA pueden eliminar la resistencia del plomo, la oxidación, la presión insuficiente y la contaminación superficial de las sondas pueden provocar un contacto inestable. Se debe utilizar correctamente la función de verificación de contacto del propio instrumento para identificar a tiempo las anomalías de contacto. En el modo de alta velocidad EX.FAST, se añadirán errores de dígitos adicionales a la precisión de la medición, por lo que para las pruebas de I+D se recomienda el modo MEDIO o LENTO para garantizar la precisión de los datos. Cuando se utilice en líneas de producción automatizadas, el instrumento debe calibrarse periódicamente y las sondas de prueba deben recibir mantenimiento regularmente para garantizar la repetibilidad de los datos en las pruebas de lotes a largo plazo.

Al mismo tiempo, este tipo de equipo de prueba de baterías realiza pruebas de resistencia interna en corriente alterna (CA), que difieren de las pruebas de resistencia interna en corriente continua (CC). Los significados físicos de ambas son distintos, por lo que durante las pruebas es necesario distinguir los métodos de prueba especificados en las normas y aplicar las condiciones de prueba correspondientes.

Conclusión 5

En el contexto del desarrollo de alta calidad de la industria de baterías de nueva energía, equipo de prueba de batería es una herramienta indispensable para garantizar la consistencia y seguridad de los productos de baterías. La resistencia interna y el voltaje, como los dos indicadores clave de las baterías, deben detectarse sincrónicamente para evaluar completamente el estado de la batería. LISUN LS5562 El comprobador de resistencia interna de baterías de alta tensión y alta precisión utiliza la técnica de medición de cuatro terminales de CA, ofrece una resolución de nivel microohm, cobertura de rango múltiple, pruebas de alta velocidad y una amplia gama de interfaces de comunicación. Es compatible con múltiples estándares nacionales e internacionales y está diseñado para su uso tanto en I+D de laboratorio como en pruebas automatizadas de líneas de producción en fábrica. Puede utilizarse para probar diversos dispositivos de almacenamiento de energía, como baterías de litio, baterías de almacenamiento de energía, pilas de combustible y supercondensadores.

A medida que la tecnología de baterías evoluciona, las baterías de alto voltaje y gran capacidad se vuelven cada vez más comunes, lo que exige mayores capacidades de resistencia al voltaje, precisión, inmunidad a las interferencias y automatización de los equipos de prueba. En la práctica, la selección y aplicación del equipo de prueba debe basarse en el voltaje, el rango de resistencia interna y el escenario de aplicación del objeto a probar. Asimismo, los procedimientos operativos deben estandarizarse para aprovechar al máximo la detección sincrónica de voltaje y resistencia interna, reducir los riesgos para la seguridad de las baterías y mejorar su calidad.