Tester della resistenza interna della batteria 20V, 0.01mΩ–31Ω | TOB-HP-3561

TOB-HP-3561 Tester di resistenza interna della batteria di precisione — Misurazione AC-IR e DC-V per ricerca e sviluppo e produzione di batterie

Panoramica del prodotto e applicazioni ideali

Il TOB-HP-3561 è un tester di resistenza interna della batteria di precisione che misura simultaneamente la resistenza interna CA (AC-IR) e la tensione a circuito aperto CC (DC-V) di una cella o di un pacco batteria, utilizzando un metodo di misurazione a quattro fili (Kelvin). Un microprocessore ad alte prestazioni controlla il ciclo di misurazione, fornendo letture rapide e stabili su tre intervalli di resistenza selezionabili (300 mΩ, 3 Ω, 30 Ω) e un singolo intervallo di tensione da 20 V. La misurazione AC-IR utilizza un segnale di test a 1 kHz ± 0,2 Hz, una frequenza ampiamente adottata nell'industria delle batterie perché correla bene con la resistenza ohmica che determina la caduta di tensione di una cella sotto carico.

Lo schema di misurazione a quattro fili separa i conduttori che trasportano la corrente dai conduttori di rilevamento della tensione, eliminando il contributo della resistenza dei cavi e della resistenza di contatto dal valore misurato. Ciò è essenziale per rilevare resistenze interne fino a decine di micro-ohm, una capacità che un semplice ohmmetro a due fili non può fornire. Il TOB-HP-3561 raggiunge una risoluzione massima di 10 µΩ sull'intervallo da 300 mΩ e di 1 mV sull'intervallo di tensione da 20 V.

Il TOB-HP-3561 è dotato di un display LCD TFT a colori da 3,5 pollici per una chiara visualizzazione dei dati di misurazione, di un comparatore integrato che memorizza fino a 30 record con classificazione a 10 livelli e conteggio dei lotti, e di quattro modalità di attivazione (interna, manuale, esterna, automatica e bus) che consentono il funzionamento autonomo o l'integrazione in una linea di produzione automatizzata. Le interfacce di comunicazione includono RS232, RS485, una porta LAN opzionale e una porta Handler (I/O) per la connessione diretta al PLC. Lo strumento supporta entrambi i protocolli di comunicazione SCPI e Modbus.

Ideale per:

1. Produttori di celle agli ioni di litio che eseguono lo screening al 100% della resistenza interna e della tensione a fine linea su celle cilindriche, pouch e prismatiche.
2. Laboratori di ricerca e sviluppo che caratterizzano nuovi materiali per elettrodi e la qualità della saldatura delle linguette monitorando l'evoluzione dell'AC-IR durante i cicli di formazione.
3. Produttori di supercondensatori che misurano l'ESR (resistenza serie equivalente), che il TOB-HP-3561 può testare direttamente utilizzando la funzione AC-IR.
4. Linee di assemblaggio di pacchi batteria in cui la resistenza interna delle singole celle deve essere abbinata prima del raggruppamento serie-parallelo.
5. Apparecchiature di produzione automatizzate che richiedono un tester rapido dotato di Handler per comunicare segnali superato/non superato per lo smistamento in linea.

Devi sapere se l'intervallo da 300 mΩ o quello da 3 Ω è corretto per la resistenza interna tipica della tua cella? Contatta i nostri ingegneri di misurazione fornendo la capacità nominale e la chimica della tua cella.

Dove si colloca il tester di resistenza interna nei processi di produzione e controllo qualità delle batterie

La resistenza interna è uno dei due principali parametri elettrici che definiscono lo stato di salute e le prestazioni di una cella batteria, l'altro è la capacità. Una resistenza interna elevata provoca un'eccessiva caduta di tensione sotto carico, riduce la capacità di scarica utilizzabile e genera calore che accelera il degrado. In un ambiente produttivo, ogni cella deve essere controllata per la resistenza interna e la tensione a circuito aperto prima di essere assemblata in un pacco, perché una singola cella ad alta resistenza in una stringa in serie limiterà le prestazioni dell'intera stringa e potrebbe essere portata dal BMS in condizioni di sovraccarica o sovrascarica.

Il TOB-HP-3561 viene impiegato in diversi punti di controllo qualità:

• Ispezione delle celle in ingresso:I produttori di celle e gli assemblatori di pacchi utilizzano il tester per verificare che le celle in ingresso rispettino i limiti specificati di resistenza interna e tensione. La funzione comparatore (30 record, classificazione a 10 livelli) può classificare automaticamente le celle in contenitori in base alle soglie Hi/IN/Lo programmate dall'utente sia per la resistenza sia per la tensione.
• Test post-formazione:Dopo il primo ciclo di carica-scarica (formazione), la resistenza interna di una cella si trova al suo valore iniziale di riferimento. Il TOB-HP-3561 registra questo valore, che viene poi utilizzato come riferimento per monitorare il degrado durante i test di ciclaggio o i resi dal campo.
• Abbinamento durante l'assemblaggio del pacco:Le celle che saranno collegate in serie devono avere una resistenza interna strettamente abbinata per garantire una distribuzione uniforme della corrente e della temperatura durante i cicli di carica-scarica. L'elevata velocità di misurazione del TOB-HP-3561 (fino a 66 volte al secondo in modalità Ex.Fast) consente uno smistamento ad alta produttività.
• Verifica della qualità della saldatura:La misurazione AC-IR può rilevare una saldatura difettosa tra linguetta e lamina o tra linguetta e terminale: una saldatura con area di contatto insufficiente mostrerà una resistenza anormalmente elevata. Misurando la resistenza a livello della cella, il TOB-HP-3561 fornisce un controllo rapido e non distruttivo del processo di saldatura.

Il metodo di test a quattro fili e la frequenza di misurazione di 1 kHz sono entrambi prescritti dagli standard industriali per il test della resistenza interna delle batterie, garantendo che i risultati siano confrontabili con quelli ottenuti da strumenti di altri produttori operanti nelle stesse condizioni.

Come il TOB-HP-3561 misura la resistenza interna CA e la tensione CC

Il TOB-HP-3561 applica una corrente CA nota (tipicamente 10 mA, 1 mA o 100 µA a seconda dell'intervallo selezionato) a una frequenza di 1 kHz alla batteria in prova, attraverso i conduttori di alimentazione della pinza Kelvin. La tensione CA che si sviluppa ai terminali della batteria in risposta a questa corrente viene misurata da una coppia separata di conduttori di rilevamento, collegati il più vicino possibile ai terminali della batteria. Poiché il circuito voltmetrico ha un'impedenza d'ingresso molto elevata, praticamente nessuna corrente scorre nei conduttori di rilevamento e quindi la caduta di tensione dovuta alla resistenza dei cavi o alla resistenza di contatto in tali conduttori è zero. La tensione misurata divisa per la corrente applicata fornisce la resistenza interna CA.

La tensione CC a circuito aperto viene misurata simultaneamente attraverso gli stessi conduttori di rilevamento. Lo strumento legge il potenziale CC tra i terminali positivo e negativo, visualizzandolo con una risoluzione di 1 mV.

Il microprocessore all'interno del TOB-HP-3561 controlla l'intera sequenza di misurazione: imposta l'intervallo di corrente appropriato (automaticamente o tramite selezione manuale), genera il segnale CA a 1 kHz, digitalizza la risposta in tensione, calcola la resistenza e gestisce il display TFT da 3,5 pollici. I risultati delle misurazioni vengono inoltre trasmessi tramite una delle diverse interfacce di comunicazione per la registrazione dei dati o il controllo automatizzato.

Gli elementi funzionali principali del TOB-HP-3561 includono:

• Connessione a quattro fili (Kelvin):La pinza di test Kelvin HK9500-11A, fornita come standard, porta quattro fili alla batteria: due per trasportare la corrente di test e due per rilevare la tensione. Questa configurazione elimina l'errore di misurazione causato dalla resistenza dei cavi di test e dalla resistenza di contatto sulle ganasce della pinza.
• Tre intervalli AC-IR con selezione automatica o manuale:Lo strumento può selezionare automaticamente l'intervallo più appropriato oppure l'operatore può bloccare un intervallo specifico. Gli intervalli comprendono 300 mΩ (risoluzione massima 10 µΩ), 3 Ω (100 µΩ) e 30 Ω (1 mΩ), coprendo tutto, da una cella di potenza di grande formato a resistenza ultra-bassa fino a una cella a bottone o una batteria a secco ad alta resistenza.
• Comparatore e smistamento:È possibile memorizzare fino a 30 record, ciascuno contenente soglie Hi/IN/Lo sia per la resistenza sia per la tensione. Una funzione di classificazione a 10 livelli assegna i componenti ai contenitori e lo strumento fornisce un giudizio completo (risultato combinato di resistenza e tensione) tramite il display, una spia luminosa, un cicalino acustico e un segnale I/O esterno attraverso l'interfaccia Handler.
• Molteplici opzioni di attivazione e comunicazione:Lo strumento può essere attivato internamente, manualmente, tramite un interruttore esterno, automaticamente a un intervallo impostato o attraverso un comando bus. La comunicazione con un PC o PLC è possibile tramite RS232, RS485, una porta LAN opzionale (utilizzando il protocollo SCPI) o la porta I/O Handler. Entrambi i protocolli SCPI e Modbus sono supportati sulle interfacce RS232 e RS485, mentre la porta LAN utilizza SCPI.
• Ampia tolleranza della tensione di alimentazione:Lo strumento funziona da CA 100 V a 240 V, 47–63 Hz, e consuma meno di 15 VA, rendendolo compatibile con i sistemi elettrici in tutto il mondo.

Caratteristiche prestazionali principali del TOB-HP-3561

Misurazione simultanea AC-IR e DC-V

Il TOB-HP-3561 misura la resistenza interna e la tensione a circuito aperto in un singolo ciclo di test, visualizzando entrambi i valori sul display LCD a colori da 3,5 pollici. Questo accelera il processo di ispezione e garantisce che entrambi i parametri siano registrati per ogni cella, aspetto fondamentale per la tracciabilità nella produzione ad alto volume.

Ampio intervallo di misurazione con tre scale di resistenza selezionabili

I tre intervalli (300 mΩ, 3 Ω, 30 Ω) coprono l'intero spettro dei valori di resistenza interna delle batterie riscontrati nella pratica. Una cella EV pouch di grande formato con una resistenza dialcune centinaia di micro-ohm viene misurata sull'intervallo da 300 mΩ con una risoluzione di 10 µΩ. Una piccola cella a bottone o una batteria a secco con una resistenza di diversi ohm può essere misurata sull'intervallo da 3 Ω o 30 Ω. L'intervallo può essere impostato manualmente o lasciato in modalità automatica affinché lo strumento selezioni la scala ottimale.

Elevata precisione e rapida velocità di misurazione

Sugli intervalli di resistenza, la precisione di base è ±0,5 % della lettura ±0,02 % del fondo scala (in modalità lenta). La precisione della tensione è ±0,05 % ±0,002 % del fondo scala. Sono disponibili quattro velocità di misurazione: Lenta (3 letture/s), Media (10 letture/s), Veloce (30 letture/s) ed Extra veloce (66 letture/s). In modalità Extra veloce, una cella può essere testata in circa 15 ms, soddisfacendo i requisiti di produttività delle linee di produzione automatizzate.

Comparatore completo con selezione e uscita I/O

Il comparatore a 30 gruppi può memorizzare limiti individuali di superamento/fallimento per resistenza e tensione. La funzione di selezione a 10 livelli classifica fisicamente le celle in contenitori tramite la porta I/O Handler, che emette segnali HI/IN/LO in grado di controllare relè esterni o deviatori. Il conteggio totale delle celle in ogni livello viene monitorato dallo strumento.

Connettività estesa per l'integrazione dell'automazione

La porta I/O Handler fornisce una comunicazione diretta con isolamento galvanico con PLC e controllori di automazione. Per l'acquisizione dati basata su PC, sono disponibili le interfacce RS232, RS485 e LAN opzionale. Il supporto dei doppi protocolli SCPI/Modbus consente al TOB-HP-3561 di essere integrato nei sistemi di test esistenti senza modifiche software.

Design compatto pronto per il banco con basso consumo energetico

Con dimensioni di 325 mm × 215 mm × 80 mm e un peso di 3 kg, il TOB-HP-3561 si adatta facilmente a un banco di laboratorio o a uno scaffale in un rack di test di una linea di produzione. Il consumo energetico inferiore a 15 VA è trascurabile in una struttura con centinaia di strumenti in funzione continua.

Specifiche tecniche complete

Le tabelle seguenti contengono le specifiche esattamente come fornite per il TOB-HP-3561.

Resistenza interna CA (AC-IR)

Tensione CC (DC-V)

Altre funzioni

Configurazione standard

Raccomandazioni pratiche per il test della resistenza interna

Le seguenti raccomandazioni aiutano gli utenti a ottenere le misurazioni più accurate e ripetibili con il TOB-HP-3561.

• Integrità della connessione a quattro fili: Assicurarsi sempre che sia le ganasce di sorgente sia quelle di rilevamento della pinza Kelvin facciano un contatto saldo con il terminale della batteria. Una connessione di rilevamento allentata causerà fluttuazioni della tensione misurata, producendo una lettura della resistenza instabile. Pulire periodicamente le ganasce per rimuovere sporco o ossidazione.
• Correzione dello zero: Prima di iniziare una sessione di misurazione, eseguire l'azzeramento tramite cortocircuito sulla portata selezionata collegando direttamente insieme le clip di sorgente e rilevamento (senza una batteria) ed eseguendo la funzione di azzeramento. Questa operazione compensa eventuali offset residui nei cavi e nello strumento.
• Selezione della velocità di misurazione: Per i test QC di routine, la velocità Media o Rapida offre un buon equilibrio tra produttività e accuratezza. Utilizzare la velocità Lenta per misurazioni di riferimento e per celle con resistenza interna molto bassa, dove il tempo di stabilizzazione aggiuntivo migliora la ripetibilità della misurazione. Utilizzare la velocità Ex.Fast solo quando è richiesta la massima produttività su una linea automatizzata e verificare che la penalizzazione aggiuntiva dell'accuratezza (±2 dgt o ±3 dgt) sia accettabile per l'applicazione.
• Configurazione del comparatore: Quando si utilizza il comparatore per lo smistamento passa/non passa, impostare i limiti di resistenza e tensione leggermente all'interno dei limiti delle specifiche della cella per creare una banda di sicurezza che tenga conto dell'incertezza di misurazione. La memoria da 30 registrazioni consente di salvare configurazioni di test dedicate per ogni modello di cella.
• Integrazione con l'automazione: La porta Handler I/O fornisce il collegamento hardware più rapido per lo smistamento automatizzato. Per la registrazione dei dati su un PC, RS232 o LAN sono le interfacce preferite. Se lo strumento farà parte di un sistema di test più ampio che utilizza Modbus, configurare la porta RS232 o RS485 per il protocollo Modbus.

Domande frequenti di ingegneria

D1: Perché il TOB-HP-3561 utilizza una frequenza di test di 1 kHz invece della corrente continua per la resistenza interna?

Il segnale CA a 1 kHz separa la resistenza puramente ohmica della batteria (la resistenza combinata dei collettori di corrente, delle saldature delle linguette e dell'elettrolita) dai processi più lenti e dipendenti dal tempo, come le reazioni di trasferimento di carica e la diffusione. Una misurazione in corrente continua includerebbe questi contributi più lenti e fornirebbe un valore maggiore e meno riproducibile. La frequenza di 1 kHz è diventata uno standard del settore e il valore misurato dal TOB-HP-3561 può essere confrontato direttamente con le specifiche dei datasheet della maggior parte dei produttori di celle.

D2: Il TOB-HP-3561 può misurare la resistenza interna di un pacco batteria o solo di celle singole?

Lo strumento può misurare qualsiasi batteria la cui tensione a circuito aperto sia inferiore a 20 V. Una singola cella agli ioni di litio è tipicamente da 3,0–4,2 V, quindi lo strumento può misurare pacchi fino a circa 4–5 celle in serie (un pacco al litio 5S sarebbe ~21 V completamente carico, avvicinandosi al limite). Per pacchi a tensione più elevata, la tensione supererebbe la portata di 20 V e sarebbe necessario un altro strumento. La resistenza del pacco stesso può essere misurata purché la tensione rientri nell'intervallo.

D3: Con quale frequenza dovrebbe essere calibrato il TOB-HP-3561 e quale procedura di calibrazione è consigliata?

Lo strumento contiene un riferimento di precisione ed esegue autodiagnostiche interne all'accensione. Per gli ambienti di produzione in cui la tracciabilità è obbligatoria, è consigliata una calibrazione annuale utilizzando uno standard di resistenza certificato e uno standard di tensione. La calibrazione può essere eseguita da un laboratorio di calibrazione certificato. Contattare TOB se si desidera una procedura di calibrazione interna.

D4: Lo strumento può essere utilizzato per misurare l'ESR dei supercondensatori?

Sì. La misurazione AC-IR a 1 kHz è direttamente applicabile al test dell'ESR (resistenza serie equivalente) dei supercondensatori. Le portate da 300 mΩ, 3 Ω e 30 Ω coprono i valori ESR della maggior parte dei supercondensatori commerciali. Il produttore specifica che lo strumento è adatto a questa applicazione.

D5: Qual è la differenza tra la porta Handler I/O e le interfacce RS232/RS485/LAN, e quando dovrebbe essere utilizzata ciascuna?

La porta Handler I/O fornisce linee I/O digitali dedicate a funzione fissa per l'uscita passa/non passa (HI/IN/LO), l'ingresso trigger e il collegamento di sincronizzazione occupato/pronto. È progettata per il collegamento diretto a un PLC o a una macchina di smistamento con latenza minima. Le interfacce RS232, RS485 e LAN trasmettono tutti i dati di misurazione (valore di resistenza, valore di tensione, risultato del giudizio, ecc.) come pacchetti dati seriali in formato SCPI o Modbus, consentendo a un PC o a un controller di livello superiore di registrare dati, eseguire analisi statistiche o controllare lo strumento da remoto. Per un semplice smistamento idoneo/non idoneo, la porta Handler è la più rapida; per un'acquisizione dati completa, sono preferibili RS232 o LAN.

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