中國臺灣Chroma 11210電池芯絕緣測試儀

Chroma 11210電池芯絕緣測試儀為專門量測鋰電池(干電芯)之漏電流(LC)或絕緣電阻(IR)并可進行絕緣質量檢測所新推出之儀器。除鋰電池干電芯以外，亦可量測各式電容產品和絕緣材料，除標準的LC/IR量測以外，11210尚具有一特殊功能: 于高壓量測過程中，可針對絕緣體內微小的局部放電 (Partial Discharge, PD)或電氣閃絡(Flashover) 進行偵測與分析 (以下簡稱"PD偵測功能")，此功能可確保鋰電池干電芯在電解液填充前的質量，在生產在線，能將具有潛在瑕疵的產品提前篩出，避免瑕疵產品進入下一生產階段或甚至進入終端市場，相對于傳統的絕緣測試，11210在絕緣材料質量檢測這個領域，進入了一個新的境界。

Chroma 11210擁有高水平的充電電流和快速的量測電路，使得整體測試速度得以大幅提升，對一般電容性待測物所做的絕緣測試均可細分為四個程序: 充電→保持→測量→放電，11210可高速而自動的依序執行這些程序，可以在20ms內執行完一個完整測試。亦即，如生產線需要執行高速測試，11210可以達到每秒50 pcs的超高速度，對于生產線的效率提升非常顯著！

為了達到精準的LC/IR量測，Chroma 11210在漏電流量測上可細分為7個檔位，從最小10pA到20mA均可量測。另外，Auto-range之功能可自動切換至檔位執行量測，省卻使用者的不便并確保量測精準度。

在PD偵測的方面，由于Chroma 11210使用特殊電路設計，在執行此PD檢測功能并不會增加任何額外的測試時間，LC/IR的量測與PD偵測可在同一時間內完成；同時，LC/IR量測與PD偵測的結果可連同報表同時產出并在屏幕上呈現。于生產在線，仍可以20ms/min.的高速同時執行LC/IR量測和PD檢測。

對于任何一項絕緣測試而言，接觸檢查對于測試的可靠性都有決定性的影響，在整個量測過程中，"沒有接觸"也很有可能被判定為良品，這樣的誤判會讓不良品進入市場，如果待測物的絕緣電阻非常高，這種誤判情形會更明顯；所以一般而言，絕緣測試在測試過程中一定要進行接觸檢查，Chroma 11210架構使用高階電路，可在5ms內執行一次完整的接觸檢查，并可選擇量測前執行、量測后執行或量測前后皆執行。

 鋰電池安全課題

鋰電池(LIB)的起火或爆炸所造成的災難已經是近年來為使用者所嚴重關切的議題，隨著科技不斷的演進，鋰電池的能量密度也不斷地提高，鋰電池安全性的問題更進一步演變成使用者生活中的一個潛在危機! 為杜絕這樣的潛在危機，鋰電池起火爆炸的根因必須要被找到，有潛在危機的產品必須要在出廠前被篩出；最近的研究顯示，正極的鋁金屬(AL)與負極的涂布材料(Anode)之間的短路是起火爆炸的根因 [圖1]，而正極鋁金屬上的毛刺或于絕緣層中的雜質顆粒是此等內部短路的主因 [圖2]。

近期的研究也顯示，負極涂布的材料 (通常是石墨) 在每一次充電過程中都會稍微的膨脹，經過多次充電后，因為膨脹導致厚度增加高達24%或更多，充電次數越多，膨脹也可能越大，如果正極鋁金屬片上有微小的毛刺，上述的膨脹現象會讓該毛刺遲早碰觸到負極涂布材料，最終釀成災害 [圖3]。通常鋰電池在生產在線都會經歷過幾回的充放電循環。舉例來說，若有兩個瑕疵電池，都各自具有一個長度不同的毛刺在其鋁電極板上 [圖4中的case 1 & case2 ]，case 1極可能在生產在線的第二回充電時，就爆發內短路的問題。

 PD局部放電偵測與量測功能

Chroma 11210的PD局部放電偵測功能可以偵測任何未注液的鋰電池干電芯里的異物，當有任何金屬毛邊或異物 (金屬顆粒) 存在于絕緣層 (隔離膜) 中，會使絕緣距離減少但不至于造成短路，因為在檢測時并沒有短路現象，一般的絕緣電阻測試儀無法檢測出有這樣潛在危險的產品，11210可以在產品發生問題前就偵測到有潛在短路的風險，透過施加適當的測試電壓以及PD大小，量測隔離膜的有效距離 (詳見右方的等式及說明)。

Chroma 11210電池芯絕緣測試儀可偵測發生在鋰電池芯內部的任何局部放電(Partial Discharge, PD)或電氣閃絡(Flashover)。11210采用兩種階段的PD偵測，并且使用不同的電路。階段是當使用者設定好充電電流并對待測物充電，此時處于CC (Constant Current)模式，在此模式下，11210會持續監測電壓的準位以及斜率，只要電壓在爬升階段有任何的微小放電使電壓有微小的下降后又爬升，11210會回報有PD產生 (顯示為  )；第二階段是CV (Constant Voltage) 模式，在此模式下，只應存在著穩定的漏電流，有任何在電流波形上的異常或脈沖，通常為異常放電 (即PD或Flashover)，此異常也會被11210偵測到并回報有PD發生 (顯示為  )，11210不僅可以進行偵測，還可以在CC與CV模式下偵測PD的強度 (Note *1) 。[圖5]

▲ [圖5] 在CC模式與CV模式下，Partial Discharge/Flashover偵測

▲ [圖6] 在CC & CV模式下，Chroma 11210回報偵測出PD

無論在CC或CV模式下，Chroma 11210都能夠偵測這些PD的大小及次數，強度可達99。并且可以制定PD大小的上限制，作為pass/fail的判定標準，幫助電池芯廠商分辨出良品/不良品。

Note *1: 當PD脈沖持續時間小于100us以及脈沖間隔大于300us，此時量測放電量最準確

因為具備*的PD偵測以及量測功能，Chroma 11210可以檢測出一般的絕緣電阻計或耐壓測試儀無法測出的問題。一般的絕緣電阻計或耐壓測試儀只能在特定的時間間隔內量測漏電流的平均值，無法監控電壓及電流波形中的任何異常變化，反觀Chroma 11210能夠提供非常穩定的測試電壓，電壓爬升為線性，因此可以偵測為短路；一般的絕緣電阻計或耐壓測試儀電壓爬升非線性，即使電壓穩態，仍有極大的漣波與噪聲，因此無法進行短路偵測。 [圖7]

▲ [圖7] 如果沒有監控波形，有任何PD或flashover發生使波形發生異常變化，都無法偵測到，Chroma 11210可監控電壓電流波形，在右圖可以觀察到有兩次PD現象發生，一次在CV模式、另一次在CC模式。

測試完成后，工程人員需要檢查不良品 (因PD而導致)的實際電壓與電流波形，Chroma 11210亦提供可記錄每個不良品發生PD現象的電壓波形，用戶可以縮放記錄內的波形圖，可簡易地查看PD現象的波形細節，此功能對于品保及研發單位提供極大幫助。

 電容測試應用

Chroma 11210為絕緣電阻表Chroma 11200的進階版，11210具有更多的功能以及更優秀的精準度，同時也保留了11200的主要功能，因此Chroma 11210也同樣適用于需要高階絕緣電阻表測試的電容器。[圖8]

在生產在線，Chroma 11210搭配適當的測試治具就能進行非常高速的電容量測(~20ms per DUT)，并具有寬范圍的LC/IR量測以及高精準度，Chroma 11210 可為所有電容生產線提供一個嶄新的絕緣檢測。

Chroma 11210 PD檢測功能除了專用于鋰電池干電芯的絕緣檢測外，PD功能亦能夠清楚地檢測電容內部情況。用戶亦可從Chroma 11210收集的數據中進一步改善絕緣，確保質量可進一步提升。

如前所述，在典型的絕緣測試中，會依次執行四個階段，即“充電→保持→測量→放電”[圖9]，Chroma 11210可讓使用者分別設定前三階段所需的時間，每一階段分別都可以設置5毫秒~99.999秒，而量測時間可以設置0秒為連續模式，直到按下停止鍵才會停止測試。“保持"階段尤其重要，對于具有高電容量但絕緣電阻偏低的大型電容，使用者必須在量測之前設定足夠的延遲時間，待測物需要較長的延遲時間才能使充電電流穩定，避免影響到漏電流的量測。Chroma 11210在這些參數中的設定非常靈活，并且能夠自動依順序執行這四個階段。對于電容生產測試，Chroma 11210可協助客戶建立可靠的自動化量測，提供完整的測試解決方案。

▲ [圖8] 當11210的待測物為電容時的測試架構圖

▲ [圖9] 一般絕緣測試的時序