Der Batteriezellen-Isolationsprüfer Chroma 11210 zeichnet sich durch eine Funktion zur Erkennung einer starken Teilentladung und eines elektrischen Durchschlags auf, wobei der elektrische Durchschlag im Inneren der Lithium-Ionen-Batterie-Trockenzelle (LIB), der während der Hochspannungsprüfung aufgrund eines unzureichenden Abstands zwischen den Elektroden erzeugt wird, erkannt wird. Der Chroma 11210 lädt vom Design her mit Konstantstrom auf, während die Isolationsschicht der LIB-Trockenzelle aus perforiertem Kunststoff besteht, sodass die Ladespannung geradlinig ansteigen sollte. Die PD-Optionskarte des Chroma 11210 analysiert, ob die Kurve durch Simulation einer Differenzialgleichung zweiter Ordnung einen positiven Übergang (V"> 0) aufweist, und quantifiziert seinen Grad (V_PD). Überdies ist die Spannung während der Verweil- und Prüfzeit im Prinzip fest an die eingestellte Prüfspannung gebunden, während der Verluststrom im Allgemeinen entweder fixiert ist oder exponentiell abnimmt. Sollte jedoch ein elektrischer Durchschlag auftreten, obwohl die Spannung nicht sichtlich abfällt, weist der Verluststrom eine anomale Zunahme (CV-Zusatzladung) auf und nimmt dann ab, oder die Abnahmegeschwindigkeit verlangsamt sich zusehends und wird dann schneller [Abbildung 6]. Die optionale Teilentladungskarte des Chroma 11210 analysiert auch, ob die Kurve durch Simulation einer Differenzialgleichung zweiter Ordnung einen negativen Übergang (I”< 0) aufweist, und quantifiziert seinen Grad (C_PD), sodass der Nutzer den Entladungszustand inspizieren kann.

▲ [Abbildung 6] Abgeschlossene Erkennung einer Anomalie in der Lithium-Ionen-Batterie-Isolation

Übliche IR-Messgeräte oder WV-Prüfgeräte können nur den durchschnittlichen Verluststrom innerhalb eines spezifizierten Zeitintervalls messen, aber keine anomalen Änderungen in der Spannung und den Strom-Wellenformen überwachen. Neben seiner ausgezeichneten Funktion zur Erkennung von anomalen Entladungen ist der Chroma 11210 auch in der Lage, die Spannungswellenformen von Teilentladungen, die in jedem fehlerhaften Produkt auftreten, aufzuzeichnen [Abbildung 8]. Zusammen mit der mit enthaltenen Zoom-Funktion, mit der sich Details der Wellenform von Teilentladungen mühelos anzeigen lassen, ist diese Funktion eine große Hilfe für jede QS- und F&E-Abteilung.

▲ [Abbildung 8] Chroma 11210 kann die Spannungswellenform von Teilentladungen für jedes fehlerhafte Produkt aufzeichnen

Die brandneue +Überschlagtestfunktion des Chroma 11210 bietet eine Vielfalt an Prüfbedingungen (Prüfspannung, Ladestrom, Messbereich, Zeit der Abtastintegration) und Beurteilungsbedingungen (Grad der Verluststrommessung oder Grenzwert der Teilentladung), um die Anforderungen der tatsächlichen Spannungsprüfung der Isolationsfestigkeit verschiedenartiger Komponenten zu erfüllen.

Für eine adäquate Isolationsprüfung von Lithium-Ionen-Batterien sind zwei Prüfpunkte erforderlich:
(1) Effektiver Abstand zwischen positiven und negativen Elektroden (siehe Thema zur Batteriesicherheit)
(2) Elektronische, leitfähige Verunreinigungen (Verluststrom) in der Trennschicht.
Die Prüf- und Beurteilungsbedingungen dieser beiden Prüfpunkte unterscheiden sich stark voneinander.

Für Mehrschichtkondensatoren (MLCCs) ist die Nennspannung unter Berücksichtigung des dielektrischen Materials im MLCC in einem linearen Zustand, ganz im Gegensatz zur Spannungsfestigkeit des tatsächlichen dielektrischen Materials (oft ungefähr 3- bis 10-mal so hoch). Daher umfasst die Isolationsprüfung einer herkömmlichen Produktion eine Prüfung auf momentane Überspannung (überschreitet die Sollspannung) (Überschlagtest) und die Messung des Isolationswiderstandswert unter Nennspannung. Zur Durchführung einer umfassenden Inspektion der Qualität des Isolationsmaterials wird sichergestellt, dass kein anomaler Verluststrom bei Nennspannung vorhanden ist, während gleichzeitig ein Spielraum für eine normale Spannungsfestigkeit gewährleistet wird. Hinsichtlich der Anforderungen an die Prüfung des Spielraums der Spannungsfestigkeit gibt es für andere kapazitive Komponenten ähnliche Anforderungen. Die +Überschlagtestfunktion des Chroma 11210 eignet sich vom Design her perfekt für die Inspektion der Isolationsqualität derartiger Energiespeicherkomponenten.

Beim Lithium-Ionen-Batterie-Test [Abbildung 9] dient z. B. die erste Überschlagtestspannung zur Erkennung eines Elektrodenspalts. Die bezugnehmende Überschlagsspannung in Luft (> 350 V) wird höher eingestellt als der zu erkennende, effektive Elektrodenabstand, um Hochrisikoprodukte zu prüfen, die keinen Kurzschluss aufweisen. Es geht bei dieser kurz anhaltenden Hochspannungsprüfung darum zu erkennen, ob der Isolationsdurchschlag oder der elektrische Überschlag aufgrund des anomalen Elektrodenabstands auftritt. Die nachfolgende Prüfung des Isolationswiderstands (IR) hat den Zweck, einen anomalen elektronischen Verluststrom zu erkennen. Sie verwendet zur Erkennung eines stabilen Verluststroms eine 5- bis 10-mal höherer Arbeitsspannung einer Lithium-Ionen-Batterie (ungefähr 2,5 V bis 4,3 V), um eine übermäßige Selbstentladung zu verhindern, wenn die Batterie das Ende des Produktionsprozesses erreicht. Allgemein ist eine längere Verweilzeit erforderlich.

▲ [Abbildung 9] Anwendung der +Überschlagprüffunktion des Chroma 11210 bei Inspektion der Isolationsqualität von Lithium-Ionen-Batterien

Bei Verwendung des Batteriezellen-Isolationsprüfers Chroma 11210 zusammen mit der Karte zur Erkennung von Teilentladungen (A112100) oder der Karte zur Analyse von Teilentladungen (A112101) können die maßgeblichen Einstellungen des Testsets Chroma A112102 für Teilentladungsprüfungen so angepasst werden, dass sich anomale Entladungen unterschiedlicher Ausmaße simulieren lassen. Er kann zudem zusammen mit anderen standardmäßigen Prüflingen (DUTs) verwendet werden, um Routineprüfungen mit der Funktion zur Erkennung von Teilentladungen des erworbenen 11210-Geräts durchzuführen.