배터리 내부 저항 및 전압 동기 검출을 위한 배터리 테스트 장비 연구

요약 :

신에너지 자동차, 에너지 저장 발전소 및 소비자용 리튬 배터리 산업의 급속한 발전으로 배터리 셀과 배터리 팩의 안전성, 일관성 및 수명 평가가 업계의 핵심 관심사가 되었습니다. 내부 저항과 직류 전압은 배터리 상태를 나타내는 두 가지 핵심 매개변수입니다. 배터리 테스트 장비 배터리 저항 및 전압 데이터의 동시 수집이 가능하여 생산 분류, 실험실 연구 개발, 운영 및 유지 보수 점검 등 다양한 시나리오에서 테스트 작업을 완료할 수 있습니다. 특히 다음과 같은 점에 중점을 둡니다. LISUN LS5562 본 논문에서는 고전압 고정밀 배터리 내부 저항 측정기의 기술 원리, 주요 매개변수, 표준 준수 여부 및 엔지니어링 적용 시나리오를 분석하고, 동일 제품군의 기술 지표를 비교하며, 전력 배터리, 에너지 저장 배터리 및 연료 전지 테스트에서 고전압 배터리 테스트 장비의 실용적 가치를 논의하여 배터리 생산 품질 검사 및 연구 개발 테스트 장비 선정에 참고 자료를 제공한다.

소개 :

신에너지 산업의 급속한 성장 속에서 리튬 이온 배터리, 수소 연료 전지, 납축전지, 슈퍼커패시터 등 에너지 저장 장치의 생산량이 지속적으로 증가하고 있습니다. 단일 셀부터 조립형 배터리 팩에 이르기까지, 배터리 제품은 테스트 단계에서 더욱 높은 요구 사항을 충족해야 합니다. 배터리 내부 저항은 내부 전극 노화, 전해액 열화, 용접 불량 등의 문제를 반영하며, 개방 회로 전압은 배터리 충전 상태를 직접적으로 보여줍니다. 이 두 가지를 종합적으로 고려하는 것이 배터리 품질을 판단하는 중요한 기준입니다. 기존의 2선식 검사 방식은 납 저항과 접촉 저항을 측정 오차에 포함시키는 경향이 있습니다. 밀리옴 범위의 낮은 내부 저항을 가진 배터리의 경우, 측정 오차가 커서 고전압 전력 배터리 및 고속 생산 라인의 테스트 요구 사항을 충족하기 어렵습니다.

배터리 품질 관리의 핵심 장비인 배터리 시험 장비는 셀 출하 선별, 사이클 수명 시험, 배터리 팩 유지 보수 점검, 고장 분석 등 다양한 작업에 널리 사용됩니다. AC 4단자(켈빈) 측정 기술은 배터리 내부 저항 측정에 널리 사용되는 고정밀 측정 방법입니다. 이 기술은 전류 여기 루프와 전압 샘플링 루프를 독립적으로 구성하여 시험 리드로 인한 측정 오차를 제거하고 마이크로옴 수준의 내부 저항 측정을 가능하게 합니다. 또한, 직류 전압 데이터를 동기적으로 수집하여 GB/T 31484-2015 및 IEC 62133-1:2017과 같은 국내외 표준의 시험 요구 사항을 충족합니다. LISUN LS5562 고전압 고정밀 배터리 내부 저항 테스터는 배터리 산업을 위해 개발된 배터리 테스트 장비입니다. 저항 및 전압 파라미터를 동시에 측정할 수 있으며, 자동 생산 라인 네트워크화를 지원하고, 고전압 직렬 연결 배터리 팩, 버튼형 배터리, 슈퍼커패시터, 연료 전지 등 다양한 샘플의 테스트 요구 사항에 적합합니다. 자세한 내용은 제품 링크 [https://www.lisungroup.cn/products/8724.html](https://www.lisungroup.cn/products/8724.html).

1. 배터리 내부 저항 및 전압 동기 검출의 기술적 원리

배터리 테스트 장비는 AC 4단자 측정법(켈빈 4선식)을 사용하여 내부 저항을 측정합니다. 테스트 여기는 1kHz AC 소신호이며, 한 쌍의 단자는 AC 여기 전류를 출력하고, 다른 한 쌍의 단자는 배터리 양단의 전압 신호를 수집합니다. 전압 샘플링 루프의 입력 임피던스가 매우 높아 루프를 통해 흐르는 전류가 거의 없으므로, 테스트 리드와 프로브 접촉으로 인한 저항은 측정된 배터리 내부 저항에 포함되지 않아 밀리옴 또는 마이크로옴 수준의 정밀한 측정이 가능합니다. 또한, 장비는 배터리의 DC 전압을 동기적으로 수집하여 저항 R과 전압 V 두 가지 파라미터를 동기적으로 출력합니다.

내부 저항 표시기는 배터리의 내부 상태를 민감하게 반영합니다. 배터리가 노화되거나 전해액이 변질되거나 탭 용접에 결함이 생기면 내부 저항값이 크게 상승합니다. 전압은 셀 일관성을 판단하는 데 사용됩니다. 다중 셀 배터리 팩에서 개별 셀의 전압 편차가 너무 크면 전체 팩의 수명이 단축되고 열폭주로 인한 안전 위험이 발생할 수 있습니다. 배터리 테스트 장비가 내부 저항과 전압 데이터를 동시에 측정할 때만 고/중/저 등급 판정을 완료하고 양호, 약간 높음, 불량 샘플을 구분할 수 있습니다. 일반 멀티미터는 전압 측정만 가능하고 내부 저항 측정 정확도가 충분하지 않으므로 품질 판정을 위한 전용 배터리 테스트 장비를 대체할 수 없습니다.

The LS5562 배터리 테스트 장비는 AC 내부 저항 측정과 DC 전압 측정을 통합합니다. 비교기가 내장되어 있으며 10단계 분류를 지원합니다. 저항과 전압에 대해 독립적인 임계값 판단이 가능하며, 두 매개변수를 결합한 종합적인 논리 판단을 통해 합격/불합격 결과를 출력하여 자동화된 생산 라인 분류에 적합합니다. 또한 테스트 리드 접촉 점검 기능이 있어 프로브 접촉 불량 시 이상을 감지하여 생산 라인에서의 오류 테스트 데이터 발생을 방지하고 배치 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.

2. 기술적 매개변수 분석 LISUN LS5562 배터리 테스트 장비

The LISUN LS5562 고전압, 고정밀 배터리 테스트 장비에 속하며, 동일 시리즈에는 다음 제품들이 포함됩니다. LS5560 LS5562A 모델. 그만큼 LS5562A 최대 300VDC의 고전압 입력을 지원하며 고전압 배터리 모듈 테스트에 적합합니다. 정격 입력 전압은 다음과 같습니다. LS5560 LS5562 이 장비는 60VDC 전원을 사용하며, 4.3인치 컬러 LCD 화면을 탑재하여 저항 R과 전압 V를 동시에 표시합니다. 내부 저항의 최소 분해능은 0.1μΩ, 전압 분해능은 최대 10μV이며, 최대 측정 속도는 초당 100회로 고속 대량 생산 라인의 샘플링 및 분류 요구 사항을 충족합니다.

표 1. 주요 사양 매개변수 비교 LISUN LS5560, LS5562 LS5562A

매개변수 비교를 통해, 와 비교했을 때 를 알 수 있습니다. LS5560 밸리 LS5562 300Ω 및 3000Ω의 두 가지 추가 기어를 통해 저항 범위를 확장하여 밀리옴 수준의 낮은 내부 저항을 가진 전력 배터리는 물론, 내부 저항이 높은 에너지 저장 배터리 및 배터리 어셈블리의 일부까지 테스트할 수 있습니다. LS5562A 이 제품은 300V DC 전압 입력 기능을 갖춘 고전압 직렬 연결 모듈에 맞춰 설계되었으며, 전기 자동차용 다중 직렬 리튬 배터리 팩의 감지 요구 사항에 적합합니다.

본 장비는 초고속(4ms), 고속(12ms), 중속(42ms), 저속(157ms)의 네 가지 샘플링 속도 모드를 제공합니다. 고속 모드는 생산 라인에서 대량 배치의 빠른 스크리닝에 적합하며, 저속 모드는 측정 안정성을 더욱 향상시켜 실험실 연구 개발 테스트에 적합합니다. 측정 정확도 측면에서, 3mΩ~30mΩ의 저저항 범위에서는 ±0.5%rdg.±10dgt, 30mΩ~3000Ω 범위에서는 ±0.5%rdg.±5dgt, 직류 전압 측정 정확도는 ±0.01%rdg.±3dgt로 고정밀 검출 요구 사항을 충족합니다.

통신 수준에서 SCPI 및 Modbus-RTU 프로토콜을 지원합니다. HANDLER 분류 인터페이스는 추가 소프트웨어 없이 자동 분류 장비에 직접 연결되며, 테스트 결과는 USB를 통해 컴퓨터로 직접 업로드할 수 있습니다. 장비 파라미터 설정은 장비에 50개, U-disk에 500개의 설정을 저장할 수 있어 다양한 유형의 배터리에 대한 테스트 계획을 신속하게 불러올 수 있고 생산 라인 시운전 시간을 단축합니다. 테스트 리드 접촉 점검 기능은 가상 연결 또는 프로브의 느슨함을 감지하여 하드웨어 수준에서 배치 테스트 시 발생하는 무효 데이터를 줄여주므로 자동화 생산 라인에 매우 유용합니다.

배터리 테스터 LS5562 AL3

3. 준수 산업 표준 및 적용 시나리오

이 배터리 시험 장비는 GB/T 31484-2015 "전기 자동차용 구동 배터리의 수명 요구사항 및 시험 방법", GB/T 31485-2015 "전기 자동차용 구동 배터리의 안전 요구사항 및 시험 방법", GB/T 18287-2013 "휴대폰용 리튬 이온 배터리 및 배터리 팩의 일반 규격", GB/T 22473-2013 "에너지 저장 장치용 리튬 이온 배터리 및 배터리 팩의 일반 요구사항"을 비롯한 다수의 국내외 배터리 표준의 시험 조건을 지원하며, 국제 표준인 IEC 61960-1:2017 및 IEC 62133-1:2017과도 호환되어 실험실 표준 시험 및 공장 품질 검사에 사용할 수 있습니다.

주요 적용 시나리오는 다음과 같습니다. LS5562 배터리 테스트 장비는 다음과 같습니다.

1. 리튬 배터리 대량 생산 품질 검사: 공장 출하 시 소비자용 리튬 배터리 및 버튼형 배터리를 고속으로 선별하고, 내부 저항과 전압을 동시에 측정하여 일관성 있는 셀을 선별하고, 용접 불량 및 내부 이상이 있는 셀을 제거합니다.
2. 전력 배터리 및 고전압 배터리 팩 테스트: 전기 자동차용 리튬 배터리 모듈 및 다중 셀 직렬 고전압 리튬 배터리의 내부 저항 및 전압 측정을 통해 조립 후 개별 셀의 일관성을 평가합니다.
3. 에너지 저장 및 UPS 배터리 테스트: 납축전지 및 에너지 저장 리튬 배터리의 성능 저하 평가, 주기적인 작동 및 유지 보수 감지, 배터리 수명 감소 예측;
4. 특수 배터리 테스트: 연료 전지 스택 및 수소 연료 전지의 저항 및 전압 테스트; 슈퍼커패시터의 ESR 등가 직렬 내부 저항 테스트;
5. 연구 개발 및 고장 분석: 배터리 수명 주기 동안 내부 저항 및 전압 변화 추적, 배터리 성능 저하 법칙 연구, 고장 샘플 진단;
6. 자동화 시스템 통합: 자동 분류 메커니즘과 연동하여 완전 자동 배터리 테스트 스테이션을 구축하고, 대량 생산 제품의 무인 검사를 실현하며, 테스트 결과를 자동으로 저장 및 보관합니다.

실제 생산 과정에서 전압만으로 선별할 경우, 내부 저항은 비정상이지만 전압은 정상인 불량 셀이 다음 공정으로 넘어가는 문제가 발생할 수 있습니다. 또한 내부 저항만으로는 과충전 또는 저전압 셀을 식별할 수 없습니다. 따라서 배터리 테스트 장비는 내부 저항과 전압을 동시에 측정할 수 있어야 하며, 이 두 가지 요소를 종합적으로 판단해야만 신뢰할 수 있는 선별이 가능하고 후속 공정에서 발생할 수 있는 불량 위험을 줄일 수 있습니다.

배터리 테스트 장비 선택 및 사용을 위한 4가지 핵심 사항

배터리 테스트 장비를 선택할 때는 테스트 대상 배터리의 최대 전압 범위, 내부 저항 범위 및 생산 라인 속도 요구 사항을 종합적으로 고려해야 합니다. 60V 이내의 단일 셀 또는 저전압 모듈의 경우, LS5562 밀리옴 수준의 전력 배터리부터 킬로옴 수준의 배터리 어셈블리까지 포괄할 수 있으며, 고전압 배터리 모듈의 경우 LS5562A 해당 모델은 300VDC의 내전압을 충족하도록 선택해야 합니다.

실제 테스트에서 AC 4단자 배터리 테스트 장비는 납 저항을 제거할 수 있지만, 산화, 불충분한 압력 및 프로브 표면 오염으로 인해 접촉이 불안정해질 수 있습니다. 기기 자체의 접촉 점검 기능을 적절히 사용하여 접촉 이상을 조기에 발견해야 합니다. EX.FAST 고속 모드에서는 측정 정확도에 추가적인 자릿수 오차가 발생하므로 연구 개발 테스트에서는 데이터 정확도를 확보하기 위해 MEDIUM 또는 SLOW 모드를 사용하는 것이 좋습니다. 자동화된 생산 라인에서 사용할 경우, 장기간 배치 테스트의 데이터 반복성을 보장하기 위해 기기를 정기적으로 교정하고 테스트 프로브를 정기적으로 유지 관리해야 합니다.

동시에, 이러한 유형의 배터리 테스트 장비는 교류 내부 저항 테스트를 수행하는데, 이는 직류 방전 내부 저항 테스트와는 다릅니다. 두 테스트의 물리적 의미가 다르므로 테스트 시 표준에 명시된 테스트 방법을 구분하고 해당 테스트 조건을 준수해야 합니다.

5 결론

고품질의 신에너지 배터리 산업 발전을 배경으로, 배터리 테스트 장비 배터리 제품의 일관성과 안전성을 보장하는 데 필수적인 도구입니다. 배터리의 두 가지 핵심 지표인 내부 저항과 전압을 동시에 측정해야만 배터리 상태를 완벽하게 평가할 수 있습니다. LISUN LS5562 고전압 고정밀 배터리 내부 저항 측정기는 AC 4단자 측정 방식을 채택하여 마이크로옴 수준의 분해능, 다양한 측정 범위, 고속 측정 및 풍부한 통신 인터페이스를 제공합니다. 또한 다수의 국내외 표준과 호환되며, 실험실 연구 개발 및 공장 생산 라인의 자동화된 측정 환경을 모두 고려하여 설계되었습니다. 리튬 배터리, 에너지 저장 배터리, 연료 전지, 슈퍼커패시터 등 다양한 에너지 저장 장치의 측정에 사용할 수 있습니다.

배터리 기술이 지속적으로 발전함에 따라 고전압 대용량 배터리가 점점 더 보편화되고 있으며, 이에 따라 배터리 시험 장비의 내전압, 정확도, 간섭 방지 및 자동화 기능에 대한 요구 사항도 높아지고 있습니다. 실제 선정 및 적용 시에는 시험 대상의 전압, 내부 저항 범위 및 적용 시나리오를 고려하여 적합한 사양의 배터리 시험 장비를 선택하고, 작동 절차를 표준화해야 합니다. 이를 통해 내부 저항-전압 동기 검출의 가치를 극대화하고, 배터리 안전 위험을 줄이며, 배터리 제품의 품질을 향상시킬 수 있습니다.