鋰離子電池組裝成電池模組或電池包後的量測

2022/08/26

-1. 電池模組,電池包的總電阻檢查

完成的電池單體,有直接安裝到機器裡的,但大多情況下是2個-幾十個電池單體組裝成模組、電池包之後進行使用 (圖 39)。用於小型機器的電池包的總電壓約為數V到數十V。近年隨著xEV和助動車之類電動車的增加,數十V到數百 V的高電壓電池包的實用化也在推進中。總電壓24V,48V,72V,300V之類的電池包也越來越普遍了。

2019年,在日本市面上銷售得最多的EV,搭載了192 個層疊型鋰離子電池,電池包排布方式為2並96串(根據車種的不同有時會有 3並)。總電壓約為350V。

圖 39層疊型鋰離子電池的形態示例

將複數的電池單體連接起來使用的情況,需要做以下的電氣檢查。

(1) 電池模組化製程中電池單體端子(極耳)的焊接•連接的品質管理(電阻測量)

a. 需要正確測量低電壓電池模組的情況(直流電阻計RM3545)
模組化工藝是指透過金屬母線的固定或焊接等,將數個電池單體的端子(極耳)相連接的過程。電池流通大電流時,即使電阻值很小,也會造成巨大的能量損失,為了能最大限度地發揮電池的性能,各端子的連接品質就顯得非常重要了。焊接產生的電阻值越低越好。電池單體的內部電阻,一般 21700圓形鋰離子電池約在 20mΩ左右,大型的層疊型鋰離子電池在1mΩ以下。對品質管理來說,焊接電阻最好在在0.1mΩ以下。因此需要選擇解析度在1 μΩ以下,適用於低電阻測量的電阻計¹¹。
焊接部分的兩端是同電位,正確測量的情況下測試端子間並不會產生電壓。對於這種情況,為了高精度地測量焊接電阻,推薦使用直流電阻計。特別值得一提的是,HIOKI 的直流電阻計 RM3545,無需調零就可以準確的測試出0Ω,最合適用於測量焊接電阻等高精度品質管理方面¹²。

¹¹參照 3.1“端子/極耳焊接部的低電阻測量”。
¹²對於低電阻的正確測量方式,請參照參考文獻 8)。

圖 40複數電池單體的極耳焊接部電阻測量

b. 需要安全地測量高電壓電池模組的情況(電池測試儀 BT3562/BT3563/BT3564)
測量電池模組的焊接電阻時,對於檢查物件帶有電壓這點一定要特別注意。假設電池模組為20個電池單體串聯連接,這時電池模組端子間的電壓最大可能會到 74V 左右。如果發生母線連接錯誤,或者測試表筆測到錯誤的端子等情況時,模組電壓可能會順著回路進到測量儀內部。而一般的直流電阻計並沒有考慮到這種情況的電壓輸入,因此這種過電壓輸入會導致測量儀發生故障。

出於安全性考慮,更為了防止過電壓輸入導致的事故的發生,推薦使用兼具高耐壓性能和高精度電阻測量性能的電池測試儀(交流電阻計) BT3562 (60V) / BT3563 (300V) / BT3564 (1000V) 以代替直流電阻計。為了能準確測量低電阻及極低電阻的電阻值,在使用電池測試儀時請正確調零。

圖 41 能安全的進行電阻測量的電池測試儀BT3562系列

圖 42方型鋰離子電池模組的母線連接部電阻測量

圖 43圓柱型鋰離子電池模組的母線連接部電阻測量

(2) 電池模組,電池包的總電阻檢查
組裝好的電池,在最終評估階段需要進行總電阻測量和OCV測量,以檢查電池完成品是否合格。這個檢查主要是在電池的出貨檢查或驗收檢查時實施。因為總電阻中包含電池的內部電阻,因此需要用交流法進行檢查。電池單體的電壓一般為4V左右,而電池模組和電池包的電壓一般能到48V,350V甚至1000V。這時就需要選擇額定輸入電壓大於測試物件總電壓和對地間電壓的測量設備。

・3561 :20V以下
・BT3562:60V以下
・BT3563:300V以下
・BT3564:1000V以下

參考文獻

1) E.Ligneel,B.Lestriez,O.Richard,D.Guyomard,J.Phys.Chem.Solids,67,1275 (2006)
2) T.J.Patey,A.Hintennach,F.LaMantia,P.Novák,J.PowerSources,189,590 (2009)
3) C.-C.Li,Y.-S.Lin,J.PowerSources,220,413 (2012)
4) 日置電機株式会社、絶縁抵抗測定の手引き (2018)
5) JISC8711:2013ポータブル機器用リチウム二次電池
IEC 61960-3:2017Secondary cells and batteriescontaining alkaline or other non-acid electrolytes-Secondarylithiumcellsandbatteriesforportableapplications-Part3:Prismatic and cylindrical lithium secondary cells and batteries made from them
6) 小山 昇(監修)、リチウムイオン二次電池の性能評価、日刊工業新聞社 (2019)
7)ECE/TRANS/WP.29/GRPE/2016/3,ProposalforamendmentstoglobaltechnicalregulationNo.15 on Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure (WLTP)
8) 日置電機株式会社、抵抗測定の手引き Vol.1 (2017)


HIOKI的簡介

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日置電機株式會社(HIOKI)是創立於1935年的電氣測量儀器廠商,位於日本長野縣上田市,集研究開發•生產•維護服務功能於一身,可提供高品質的測量儀器及各種具體服務。以記錄儀•電子測量儀•現場測量儀•自動測量設備這4個領域為主,將搭載了獨自研發的技術產品送往全球各地。

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  • 日本製造
  • 保固長達三年
  • 搭載Ethernet介面
  • 電池電壓測量檔位:6 V/60 V/100 V
  • 同時測量『電池內阻』和『電池電壓』
  • 適合電動車大型電芯、100V以下中型電池組
  • 內部電阻(AC-IR)測量檔位:3 mΩ/30 mΩ/300 mΩ/3 Ω/30 Ω/300 Ω/3 kΩ


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  • 日本製造
  • 保固長達三年
  • 搭載Ethernet介面
  • 電池電壓測量檔位:6 V/60 V/300 V
  • 同時測量『電池內阻』和『電池電壓』
  • 適合電動車大型電芯、300V以下大型電池組
  • 內部電阻(AC-IR)測量檔位:3 mΩ/30 mΩ/300 mΩ/3 Ω/30 Ω/300 Ω/3 kΩ


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  • 電池電壓測量檔位:10V/100V/1000V
  • 同時測量『電池內阻』和『電池電壓』
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(專業服務:我們的團隊接觸HIOKI產品超過20年)


  • 日本製造
  • 保固長達三年
  • 同時測量阻抗和電壓
  • 能精確測量低阻電池(大容量電芯)
  • 四線式量測及抗干擾設計,測量更準確可靠
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