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TWh時代鋰電裝備先行 開路電壓與內阻測試痛點與改進分析
來源:綜合報道 發布時間:2023-01-13
隨著新能源汽車滲透率不斷提升以及新型儲能行業的加速發展,鋰離子電池需求持續攀升。起點研究院(SPIR)預測,2022年全球鋰電池出貨量將超過830GWh,到2030年總體出貨量或將接近5TWh。

鋰電池前景向好下,設備端充分受益。據行業數據顯示,2021年,全球鋰離子電池設備市場規模為952.0億元,其中中國鋰離子電池設備市場規模占比66.6%,達到634.3億元。預計,隨著全球電池企業規劃的新增加產能逐步釋放,考慮到單位GWh電池設備投資額的逐步降低以及老舊設備的更新改造等需求,到2026年全球鋰離子電池設備市場規模將達到2104.6億元,且鋰電設備的自動化率將進一步提升。
按照鋰離子電池的生產流程,鋰電設備主要分為前端設備、中端設備和后端設備。其中,在鋰電池生產后段中,測試開路電壓OCV可以計算出電池的自然放電率K值,結合交流內阻ACR可將電池進行分選。最終得到性能及穩定性高度一致的電芯,對保證模組與電池包的可靠性具有重要作用。
化成段,可謂講究慢工出細活的工藝流程,不僅決定了成品標準,還要求不斷精益求精。但是通過走訪國內數個知名鋰電池企業,不難發現目前在其中的關鍵測試——開路電壓(OCV)與內阻(IR)測試仍存在著讓電池企業不適的痛點。
痛點1:測試穩定性差
電池產線要求的是高集成化高速度的工業水準,在自動化生產環境下,“干擾”實際充斥著整個產線。
開路電壓OCV為例,當今動力電池測試精度的要求,一般稱之為“7位半/6位半”——分辨率在0.000001V,工藝要求末尾數值跳動達到10~20個字以內。在實際生產時,OCV末尾數值跳動在20~40個字甚至更高,產線干擾所造成的測試影響可見一斑。
同樣,內阻IR數值非常小,在mΩ級別,分辨率0.0001mΩ,所受產線干擾會更加嚴重,初始誤差會在生產過程中被放大2~4倍。
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除了自動化引入的干擾,測試儀器及設備之間也會互相影響。
來看看當前的測試方式,化成段的OCV測試臺承擔了OCV+IR的測試工作,其測試核心除了自動化設備及PC電腦,還包含了一臺數字萬用表、一臺電池內阻測試儀,以及切換開關電路板。三者在工作時產生的電磁干擾以及對于地放出的電信號都會使得“左右互搏”,很多企業或集成商嘗試了很多屏蔽手段,但依舊收效有限……
痛點2:成本高
電池企業在擴產的同時,自然對成本有控制,除了真金白銀,也有人力、時間等其他成本。
由于著急交付產線,采用傳統測試方式是簡單迅速的,但是會出現一窩蜂搶購設備的情況,結果就成了“加價購車”,付出了更多的代價、精力及等待時間才等到了貨。后期在調試時,又因為涉及多臺設備,所以往往是“一家動手,其余圍觀”。
擴產的成本也并非一次投入,若后期工藝變化,則會要求添置新的儀表。而所有的儀表每年定期的校準維護,以及備品備件又都是一筆不小的開銷。
再加上之前的芯片供應危機以及疫情的肆虐,當各方都被擠壓到極端時,電池企業與集成商也不得不去思考進行方案上的優化。
為了解決以上種種,福祿克儀器提出了新的解決方案——Fluke BT5300系列高精度電池測試儀。
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三位一體,七大提升——Fluke BT5300系列
福祿克的名字其實對于工業制造業領域并不陌生,下至萬用表,上至計量院使用的臺式表及校準源都有涉及。
這次福祿克通過對電池企業及集成商的走訪,將傳統需要疊加的測試方案,改進成為三合一的全新方案。
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通過三位一體的方案,福祿克的BT5300系列較傳統測試方式有7大特性的提升。
1.精度更高
交流內阻讀數精度達 0.2%,較同類產品提升50% ; 直流電壓精度最高18 ppm,比肩七位半臺式數字萬用表,滿足嚴苛的電池分選要求。
在初始的參數上領先于現有測試方式,有助于細化電池分選,尤其是動力電池領域。
2.速度更快
BT5300系列特有的采集指令?ROUTe:SCAN,將傳統采集轉化為掃描模式??蓪崿F 30秒內完成256個電芯的OCV+IR測試,較傳統方式測試時間從600ms~1s,縮短到100ms。
釋放產線更多產能,提高生產效率。
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3.性能更穩
三維一體的集成方案,較傳統測試手段,不僅縮小體積,更抗外界干擾。
可適配的多通道模塊SW9010,不僅將SENSE與SOURCE電路分開,還將SENSE與SOURCE端口分離,最大限度降低渦電流干擾,提升抗干擾能力。
BT5300系列支持最高300mA的測試電流,是傳統測試儀的3倍,改善了測試的信噪比,確保了測量過程中穩定性的要求。
OCV+IR的測試不需要退而求其次,去選擇加權平均或選擇慢速擋位。
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4.帶載更大
帶載能力代表儀器支持的最大回路電阻。若阻值很小,則需要限制導線長度及粗細,將導致結果波動,無法正常完成測試。
BT5300系列可支持的最大回路電阻是同類產品的5倍,能支持更長更細的測試線,減少了儀器對于測試臺的限制,并避免大量程測試小電芯導致的精度損失。
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5.功能更多——高阻抗實現邊電壓測試
邊電壓測試,又稱殼體電壓測試,是電池生產中的一個重要測試項目,測試的是電池負極與外殼之間的電壓,儀表輸入阻抗需要設置為高阻才能夠得到穩定的讀數。
BT5300系列支持高阻的阻抗輸入。配合多通道掃描模塊SW9010,通過指令可以實現邊電壓測量功能。
6.兼容性優
BT5300系列支持LAN口和RS232接口,指令與同類產品兼容,方便客戶快速升級現有電池測試方案,直接提升測試臺的測試精度,輕松提高產線性能。
7.界面更友好
4.3寸LCD屏,直觀的用戶界面,清晰的數字單位,操作更簡單,讀數更快捷。
掃描下方二維碼下載Fluke BT5300系列具體參數
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關鍵詞標簽:鋰電裝備 鋰電池

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