การทดสอบความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
การทดสอบความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคืออะไร?
แม้ว่าความต้านทานภายในของแบตเตอรี่จะเป็นศูนย์ แต่ความต้านทานภายในยังคงมีอยู่เนื่องจากปัจจัยหลายประการ ความต้านทานภายในเพิ่มขึ้นเมื่อแบตเตอรี่เสื่อมโทรม ในสายการผลิตเซลล์แบตเตอรี่ เซลล์ที่มีข้อบกพร่องจะถูกตรวจพบโดยการเปรียบเทียบความต้านทานภายในของเซลล์ที่ทดสอบกับเซลล์อ้างอิงที่ทราบดี
เมื่อใดควรทดสอบความต้านทานภายใน
การทดสอบความต้านทานภายในจะดำเนินการในแต่ละขั้นตอนหลังจากที่เซลล์แบตเตอรี่เต็มไปด้วยอิเล็กโทรไลต์และการประกอบเสร็จสมบูรณ์ (การทดสอบการชาร์จ/การคายประจุ การทดสอบอายุ การตรวจสอบการขนส่ง ฯลฯ)
วิธีการวัดความต้านทานภายใน
มีสองวิธีในการวัดความต้านทานภายใน: วิธี AC (AC-IR) และวิธี DC (DC-IR) การทดสอบในสายการผลิตใช้วิธี AC ซึ่งแนะนำโดยบทความนี้
เมื่อวัดความต้านทานภายในของเซลล์แบตเตอรี่โดยใช้วิธี AC จะใช้เครื่องวัดความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อวัดระดับความต้านทานต่ำ (เช่น เครื่องทดสอบแบตเตอรี่) เครื่องวัดความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับใช้สัญญาณ AC แบบกระแสคงที่กับแบตเตอรี่ จากนั้นจะตรวจจับแรงดันจิ๋วที่เกิดจากกระแสที่ใช้และคำนวณค่าความต้านทาน
โปรดทราบว่าเครื่องวัดความต้านทานกระแสตรงไม่สามารถวัดแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟหรือแรงเคลื่อนไฟฟ้าไม่เป็นศูนย์
(เรียนรู้เพิ่มเติม: ความแตกต่างของวิธีการวัดความต้านทาน)
- วิธี AC (AC-IR) และวิธี DC (DC-IR):
วิธีการวัดแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าอุปกรณ์
- เครื่องวัดค่าความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับและเครื่องวัดค่าความต้านทานกระแสตรง:
วิธีการวัดแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับว่ามีการใช้สัญญาณการวัด AC หรือ DC กับแบตเตอรี่หรือไม่
- วิธี 4 ขั้ว (การวัดสี่ขั้ว)
- ช่วงการวัดและความละเอียด
- ความต้านทานเสียง
- ความถี่ในการวัด
- *1: สามารถแปลงการวัดคู่ 4 ขั้วของ BT4560 เป็นการวัด 4 ขั้วด้วยปลั๊กแปลง
- *2: ข้อกำหนดพิเศษของช่วง 3 Ω และ 30 Ω
- *3: ข้อกำหนดพิเศษ 0.01 Hz ถึง 10 kHz
- *4: ผู้ทดสอบแบตเตอรี่สามารถวัดค่าความต้านทานภายในและแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV) ได้พร้อมกัน
เครื่องทดสอบแบตเตอรี่ HiTESTER BT3561A
เครื่องทดสอบแบตเตอรี่แบตเตอรี่ HiTESTER BT3562A
เครื่องวัดความต้านทานแบตเตอรี่ BT4560
ข้อควรพิจารณาที่สำคัญเมื่อเลือกเครื่องวัดความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับ (เครื่องทดสอบแบตเตอรี่)
เมื่อเป้าหมายของคุณคือการทดสอบความต้านทานภายในของเซลล์แบตเตอรี่ สิ่งสำคัญคือต้องสามารถ วัดระดับความต้านทานต่ำได้อย่างแม่นยำ (เซลล์แบตเตอรี่มีขนาดใหญ่ ความต้านทานภายในจะต่ำลง เซลล์แบตเตอรี่ที่ใช้ในรถยนต์มักมีความต้านทานภายในน้อยกว่า 1 mΩ)
ควรพิจารณาข้อควรพิจารณาต่อไปนี้เมื่อเลือกเครื่องวัดความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับ (เครื่องทดสอบแบตเตอรี่):
วิธี 4 ขั้ว (การวัดสี่ขั้ว)
เมื่อวัดระดับความต้านทานต่ำที่ 1 Ω หรือน้อยกว่า ความต้านทานภายในจะถูกวัดโดยใช้วิธี 4 ขั้ว สามารถวัดความต้านทานได้โดยใช้วิธี 4 ขั้วหรือวิธี 2 ขั้ว เนื่องจากค่าที่วัดได้โดยใช้วิธีการแบบ 2 ขั้วรวมถึงความต้านทานเส้นทาง (เช่น ความต้านทานการเดินสายและความต้านทานหน้าสัมผัส) จึงไม่สามารถวัดค่าความต้านทานต่ำได้อย่างแม่นยำ
(เรียนรู้เพิ่มเติม: วิธีการวัดความต้านทาน 4 ขั้ว)
ตรวจพบแรงดันไฟฟ้า = กระแสที่ใช้ × (ความต้านทานภายใน + ความต้านทานการติดต่อ + ความต้านทานสายไฟ)
ค่าความต้านทานคำนวณจากแรงดันไฟฟ้าที่ตรวจพบ ค่านี้สามารถรวมส่วนประกอบความต้านทานส่วนเกินได้
ตรวจพบแรงดันไฟฟ้า = กระแสไฟฟ้าที่ใช้ ×ความต้านทานภายใน
ค่าความต้านทานคำนวณจากแรงดันไฟฟ้าที่ตรวจพบ ไม่รวมส่วนประกอบความต้านทานส่วนเกิน
ช่วงการวัดและความละเอียด
ในการวัดระดับความต้านทานต่ำที่ 1 Ω หรือน้อยกว่า เครื่องมือจะต้องมีช่วงการวัดค่ามิลลิโอห์มและความละเอียดระดับไมโครโอห์ม ไม่สามารถวัดระดับความต้านทานต่ำตามลำดับมิลลิโอห์มได้อย่างแม่นยำหากช่วงและความละเอียดไม่เพียงพอ
ความต้านทานเสียง
แม้ว่าข้อมูลจำเพาะของเครื่องมือจะให้ช่วงการวัด ความละเอียด และความแม่นยำในการวัดที่ดี แต่ก็อาจไม่สามารถวัดค่าความต้านทานได้อย่างถูกต้อง ในบางกรณี สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าโดยรอบอาจทำให้ค่าที่วัดได้ไม่เสถียรและทำให้เครื่องมือไม่สามารถแสดงค่าที่อ่านได้อย่างแม่นยำ (มีแหล่งกำเนิดเสียงต่างๆ รวมทั้งอุปกรณ์จ่ายไฟหรืออุปกรณ์การผลิต)
ในระหว่างการพัฒนาเครื่องมือวัด โดยทั่วไปจะทำการทดสอบความต้านทานเสียงเพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง ผลิตภัณฑ์ ที่ไม่อยู่ภายใต้การทดสอบดังกล่าวอาจไม่เป็นไปตามข้อกำหนดการวัดเมื่อใช้กับสายการผลิต
ความถี่ในการวัด
เครื่องวัดความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับ (เครื่องทดสอบแบตเตอรี่) ใช้สัญญาณ AC แบบกระแสคงที่กับแบตเตอรี่ โดยทั่วไปสัญญาณ AC นี้มีความถี่คงที่ที่ 1 kHz แม้ว่าผลิตภัณฑ์บางอย่างจะยอมให้ความถี่เปลี่ยนแปลงได้ ด้วยพล็อต Nyquist ที่ดึงมาจากค่าอิมพีแดนซ์ที่วัดในขณะที่กวาดผ่านช่วงความถี่ต่างๆ เป็นไปได้ที่จะแยกความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ออกเป็นส่วนประกอบต่างๆ เช่น ความต้านทานการแพร่ ความต้านทานการถ่ายเทประจุ และความต้านทานอิเล็กโทรไลต์ เมื่อเร็วๆ นี้ ผู้ผลิตจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ เลือกที่จะทำการทดสอบความต้านทานภายในที่ความถี่หลายความถี่ เพื่อให้สามารถตรวจจับเซลล์ที่บกพร่องได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
เครื่องทดสอบแบตเตอรี่จาก ฮิโอกิ
ผู้ทดสอบแบตเตอรี่ของ Hioki ทำงานให้กับผู้ผลิตแบตเตอรี่ทั่วโลก รุ่นต่อไปนี้ใช้ในการทดสอบความต้านทานภายในในกระบวนการผลิตเซลล์แบตเตอรี่
| รุ่นสินค้า | BT3561A | BT3562A | BT4560 |
|---|---|---|---|
| วิธีการวัด | ไฟฟ้ากระแสสลับ 4 ขั้ว กระบวนการ | ไฟฟ้ากระแสสลับ 4 ขั้ว กระบวนการ | คู่ AC 4-terminal วิธี (*1) |
| ช่วงการวัด/ความละเอียด | —/— | 3.1000 mΩ/ 0.1 μΩ | 3.6000 mΩ/ 0.1 μΩ |
| 31.000 mΩ/ 1 μΩ | 31.000 mΩ/ 1 μΩ | 12.0000 mΩ/ 0.1 μΩ | |
| 310.00 mΩ/ 10 μΩ | 310.00 mΩ/ 10 μΩ | 120.000 mΩ/ 1 μΩ | |
| 3.1000 โอห์ม/ 100 μΩ | 3.1000 โอห์ม/ 100 μΩ | —/— (*2) | |
| 31.000 โอห์ม/ 1 mΩ | 31.000 โอห์ม/ 1 mΩ | —/— (*2) | |
| 310.00 โอห์ม/ 10 mΩ | 310.00 โอห์ม/ 10 mΩ | —/— | |
| 3.1000 kΩ/ 100 mΩ | 3.1000 kΩ/ 100 mΩ | —/— | |
| CE | ✔ | ✔ | ✔ |
| CSA | ✔ | ✔ | รับรองใน ความคืบหน้า |
| ความถี่ในการวัด | 1 กิโลเฮิรตซ์ ±0.2 เฮิรตซ์ | 1 กิโลเฮิรตซ์ ±0.2 เฮิรตซ์ | 0.10 Hz ถึง 1050 Hz (*3) |
| การวัดแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV) (*4) | ✔ | ✔ | ✔ |