-1. 端子/極耳焊接部的電阻值檢查、端子/極耳焊接部的電阻測量
為了能夠充分利用高性能的電池,電池能量出入端子(極耳)的焊接品質十分的重要 (圖 8) 。特別是用於電動汽車的情況下,希望盡可能減小輸出損失,控制發熱在最低限度。因此,理想的狀態是保證焊接部電阻是接近 0Ω的超低電阻。
一般以焊接部分電阻在 0.1mΩ以下作為良品與不良品的判斷標準。需要選擇解析度在 1μΩ以下,適用於低電阻測量的電阻計。

圖 8 層疊型鋰離子電池的極耳
以下列舉一些低電阻測量的注意點。
(1) 測量電流
首先對於測量物件(這裡指焊接部分),透過定電流源輸出電流,測量其電阻成分產生的電壓值。根據歐姆定律可以計算出電阻值。使用這種電阻測量方法的測試儀叫做電阻計。一般的,低電阻測量需要在大測量電流條件下才能正確地測量。測量物件電阻值在 1mΩ以下的情況,推薦電阻計電流不低於 100mA,最好是1A 以上。
(2) 4端子法電阻測量
在低電阻測量時,測量表筆的配線電阻與表筆前端的接觸電阻的影響是十分大的,無法忽略。特別是測量表筆接觸部分的接觸電阻,根據環境條件的不同,從幾Ω到幾十Ω都有可能。2端子法測量時,測量電流I不只流過測量物件R0,同時還會流過配線電阻和接觸電阻 r1 和 r2 ,測得的電壓值E 為 E = I (R0 r1 r2) 。由這個公式通過歐姆定律算出的電阻值為R0 r1 r2 (圖 9)。
在低電阻測量時,測量表筆的配線電阻與表筆前端的接觸電阻的影響是十分大的,無法忽略。特別是測量表筆接觸部分的接觸電阻,根據環境條件的不同,從幾Ω到幾十Ω都有可能。2端子法測量時,測量電流I不只流過測量物件R0,同時還會流過配線電阻和接觸電阻 r1 和 r2 ,測得的電壓值E 為 E = I (R0 r1 r2) 。由這個公式通過歐姆定律算出的電阻值為R0 r1 r2 (圖 9)。
為了解決這個問題,可使用4端子法。4端子法流出測量電流的端子與測量電壓的端子是分開的。測量電流I流過電阻R0,但不流過電壓測量端子r3、r4。也就是r3、r4部分不產生電壓。結果是,電壓計的測試電壓 E 與測量物件兩端實際產生的電壓 E0是相等的、可以測量出不受到 r1、r2、r3、r4 影響的正確的電阻值(圖 10)。
由於以上原因,mΩ量級的低電阻測量需要選擇4端子法的電阻計。

圖92端子法電阻測量

圖 104端子法電阻測量
(3) 溫差電動勢差的影響
溫差電動勢差是指不同金屬在接觸部分會產生電位差的現象。測量物件金屬部分和測試表筆接觸所產生的電位差是電阻測量產生誤差的重要因素。特別是在測量物件電阻值 RX很小的情況下,測量電流 IM流經檢出的電壓RXIM也很小, 溫差電動勢差VEMF的影響會變得很大 (圖 11)。為了消除溫差電動勢差的影響,可以通過反轉測量電流,正負方向共測試兩次的方法,經過計算後去除溫差電動勢差的影響。
溫差電動勢差是指不同金屬在接觸部分會產生電位差的現象。測量物件金屬部分和測試表筆接觸所產生的電位差是電阻測量產生誤差的重要因素。特別是在測量物件電阻值 RX很小的情況下,測量電流 IM流經檢出的電壓RXIM也很小, 溫差電動勢差VEMF的影響會變得很大 (圖 11)。為了消除溫差電動勢差的影響,可以通過反轉測量電流,正負方向共測試兩次的方法,經過計算後去除溫差電動勢差的影響。
正方向流過測量電流時檢出的電壓減去負方向流過測量電流時檢出的電壓,可以得到去除溫差電動勢差影響後的電阻值。(圖 12、式(1))。 電阻計RM3545搭載了OVC功能 (OVC: Offset Voltage Compensation) ,可以去除溫差電動勢差的影響。


圖 11由溫差電動勢差產生的誤差

圖 12 透過電流反轉法消除溫差電動勢差
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)
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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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所購產品若發生異常或故障,請聯繫代理商進行修理委託。停產產品自停產日起,會保留至少 5年的維修對應服務。在HIOKI產品的質保期間,對於產品本身的故障提供無償修理或換新服務。
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