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Chroma 11210,为锂电池充电安全保驾护航!

时间:2020-08-10 15:50
摘要:图1 因电池起火爆炸而造成汽车燃烧(示意图) 使用锂离子电池的产品,包含电动车、电动工具与电子产品的爆炸起火事故大部分都发生在充电的时候(图1)。这主要是因为其负极材料(石墨烯或混硅材)在充电时会膨胀造成正负极之间极距缩短,若原本电极间因导电性杂质混入而有
图1 因电池起火爆炸而造成汽车燃烧(示意图)  
图1 因电池起火爆炸而造成汽车燃烧(示意图)
  
  使用锂离子电池的产品,包含电动车、电动工具与电子产品的爆炸起火事故大部分都发生在充电的时候(图1)。这主要是因为其负极材料(石墨烯或混硅材)在充电时会膨胀造成正负极之间极距缩短,若原本电极间因导电性杂质混入而有效距离低于应有设计就容易演变为内部短路。且在反复充放电的周期会持续膨胀并非一次充电后既定型!(参考图2研究报告),导致事故会发生在电池生产的非初次充电,或者是销售后的终端产品。(此概念有别于一般学术认知的长久锂沉积造成的内部短路)。
  
图2 石墨负极材料在锂离子电池充放电过程中产生的厚度变化(参考古河电工时报 第134号2015/1)  
图2 石墨负极材料在锂离子电池充放电过程中产生的厚度变化(参考古河电工时报 第134号2015/1)


 
图3 空气的崩溃电压与距离关系  
  图3 空气的崩溃电压与距离关系
  
  所以锂离子电池电芯的绝缘测试应当为一个电极间「距离」的测试,而非电阻值的测量。而从空气的崩溃电压与距离数据来看(图3),即使测试距离在1um的情况下,测试电压也必须大于350V才有检出效果(空气崩溃后放电现象)。但大部分的生产者因为缺乏相关技术信息,认为只要没有内短路即可,所以导致测试电压过低,使得无法有效判断出绝缘距离是否足够。
 
  图4 测试过程的电气闪络
  图4 测试过程的电气闪络
  
  此外,即使使用足够的电压,有些毛刺尖端会在测试过程产生间歇性的短暂绝缘崩溃,但这个现象会因尖端破坏短缩而看似恢复,同时隔离膜瞬间被击穿形成熔孔,绝缘层因缺少隔离膜的保护导致毛刺外露,若再经过数次充放电后,负极材料的膨胀现象将使负极材料与毛刺发生短路,最终酿成灾害。若使用一般的绝缘电阻计或是耐压测试机,只在特定时间检视漏电流大小是无法检测出这样的异常品(图4)。在测试过程中的电气闪络侦测,加上一般测试结束前的漏电流判定才是较完整的测试方式。
  
图5 Chroma 11210电池芯绝缘测试仪  
图5 Chroma 11210电池芯绝缘测试仪
  
  Chroma 11210电池芯绝缘测试仪(图5)是专为锂离子电池电芯绝缘异常检出而量身打造的绝缘测试机,特别设计「于高压量测过程中,能针对绝缘体内微小的局部放电或电气闪络进行侦测与分析」,因为具备优越的PD侦测以及量测功能,Chroma11210可以检测出一般的绝缘电阻计或耐压测试仪无法测出的问题。一般的绝缘电阻计或耐压测试仪只能在特定的时间间隔内量测漏电流的平均值,无法监控电压及电流波形中的任何异常变化,反观Chroma 11210能够提供非常稳定的测试电压,电压爬升也非线性,因此可以侦测为短路;一般的绝缘电阻计或耐压测试仪电压爬升非线性,即使电压稳态,仍有极大的涟波与杂讯,因此无法进行短路侦测(图6)。
 
  
  图6 如果没有监控波形,有任何PD或flashover发生使波形发生异常变化,都无法侦测到,Chroma 11210可监控电压电流波形,在右图可以观察到有两次PD现象发生,一次在CV模式、另一次在CC模式
  
  测试完成后,工程人员需要检查不良品(因PD而导致) 的实际电压与电流波形,Chroma11210亦提供可记录每个不良品发生PD现象的电压波形,使用者可以缩放记录内的波形图,可简易地查看PD现象的波形细节,此功能可协助锂离子电池(干电芯)测量出在电解液填充前的有效绝缘距离是否足够,避免潜在不良品进入下一生产阶段或流入终端市场。相较于传统的绝缘测试,Chroma 11210电池芯绝缘测仪提升了锂离子电池驱动的电子电气产品的安全性到新的境界。
  
  如果您对以上产品有兴趣欢迎致电长沙艾克赛普仪器设备有限公司:0731-84284278,我们的工程师将为你提供最佳的测试方案。Accexp是一家专注于仪器工控设备、测试方案系统集成的科技企业。作为专业的仪器仪表公司及测控集成ATE提供商,多年来坚持自主研发创新,结合引进代理各大知名品牌的优质仪器设备,致力于提供更科学智能的软硬件测试方案。

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