Batterie-Innenwiderstands- und Spannungsprüfer

Eine Zelle, die die richtige Spannung zeigt, kann trotzdem die falsche Zelle sein. Was eine gute von einer grenzwertigen Zelle bei gleichem Ladezustand trennt, ist in der Regel der Innenwiderstand, und das ist eine Milliohm-Größe, die an der eingebauten Zelle und ohne Belastung gemessen werden muss.

Produktübersicht

Dies sind Prüfgeräte für Tisch und Linie, keine Ladegeräte. Jedes schickt einen Wechselstrom von 1 kHz über ein Klemmenpaar durch die Zelle, erfasst die entstehende Spannung an einem zweiten Paar und zeigt Innenwiderstand und Klemmenspannung gleichzeitig auf einem 4,3-Zoll-Farbdisplay.

Abgedeckt sind hier zwei Gerätebaureihen. Die erste reicht von der Eingangsklasse 60 V bis 1500 V, mit sieben Widerstandsbereichen und einem unteren Ende von 0,1 µΩ bei den Hochspannungsmodellen. Die zweite ist eine Baureihe aus zwei Modellen, 60 V und 200 V, mit sechs Widerstandsbereichen von 30 mΩ bis 3000 Ω und einem niedrigeren Messstrom. Beide lösen dieselbe Aufgabe an einer Linie; sie unterscheiden sich darin, auf welcher Spannung sie sitzen können und wie fein sie das untere Ende unterteilen.

Wie der Batterie-Innenwiderstandstester arbeitet

Das Gerät prägt einen kleinen Wechselstrom mit 1 kHz über das Speisepaar des Vierleiteranschlusses in die Zelle ein. Das Messpaar nimmt die Wechselspannung an der Zelle ab. Da über das Messpaar nahezu kein Strom fließt, erscheint der Widerstand der Leitungen, der Klemmen und des Kontakts zur Zelle nicht in dieser Spannung, und das Verhältnis von Spannung zu Strom ist die Impedanz der Zelle bei dieser Frequenz.

Ein Wechselstrom wird verwendet und kein Gleichstrom, weil ein Gleichstrom die Zelle polarisieren würde. Die Zelle würde mit ihrer eigenen EMK gegenhalten, und der Messwert würde driften, solange der Strom anliegt. Bei 1 kHz liegt die Messung oberhalb des Ladungsdurchtrittsbereichs und unterhalb des induktiven Bereichs; der Wert ist damit stabil, wiederholbar und vom Elektrolyten sowie vom Strompfad bestimmt.

Die Klemmenspannung wird am selben Messpaar erfasst, weshalb beide Werte zum selben Zeitpunkt gehören. Das zählt an einer Linie: Eine Zelle, die gerade geladen wird oder eben aus einem Formierschritt kommt, bewegt sich in der Spannung, und ein Widerstand aus einem Moment gegen eine Spannung aus einem anderen ist kein gültiges Paar.

Die Sortierung vergleicht jeden der beiden Werte mit seinen eigenen Grenzen. Eine Zelle geht nur durch, wenn beide innerhalb liegen; eine Zelle mit gutem Widerstand und niedriger Spannung oder umgekehrt wird also ausgeschleust und nicht in ein Bestanden hineingemittelt.

Auswahl des passenden Innenwiderstandstesters

Beginnen Sie mit der höchsten Spannung, die der Aufbau je sehen wird. Eine einzelne Zelle oder ein kleines Pack liegt in der Klasse 60 V; ein Modul aus in Reihe geschalteten Zellen braucht die Klasse 300 V oder 600 V; ein vollständiger Strang braucht 1000 V oder 1500 V. Lassen Sie Reserve über der Nennspannung des Packs, denn ein voll geladener Strang liegt über seinem Typenschildwert.

Dann das untere Ende des Widerstandsfensters. Ist die kleinste zu beurteilende Zelle eine kleine Pouch- oder eine Knopfzelle, sind der 3-mΩ-Bereich und 0,1 µΩ Auflösung die Anforderung, und bei einer Baureihe gibt es diese Auflösung nur mit den Hochspannungsmodellen. Sind alle Zellen große prismatische Zellen oder Bleiakkublöcke, genügt der 30-mΩ-Bereich, und das Kurzbereichsmodell ist die günstigere Wahl.

Dann die Genauigkeit, die die Zeichnung des Kunden verlangt. Die beiden Baureihen unterscheiden sich um etwa den Faktor zwei beim Widerstand und um fünf bei der Spannung; wo das Durchgangsfenster weit ist, spielt keiner der Unterschiede eine Rolle, und wo es eng ist, ist der bessere Wert der Grund für die Wahl.

Dann die Schnittstelle. Ein Prüfplatz, der die Anzeige abliest, braucht nichts weiter. Eine Linie, die sortiert, braucht den Handler- oder den externen E/A-Anschluss, und eine Linie, die protokolliert, die serielle Verbindung oder die USB-Host-Buchse. Wenn die Zelldaten zu einer SPS gelangen müssen, zählt das Protokoll, und beide Baureihen geben SCPI und Modbus RTU an.

Zuletzt Aufbau und Leitungen. Kelvin-Klemme, Stiftsonde und Stabsonde sind an einem kleinen Anschluss nicht austauschbar, und die Leitungslänge wirkt sich auf den höchsten Widerstandsbereich stärker aus als auf den niedrigsten.

Messgrenzen und Auswahlhinweise

Der Messwert ist eine Impedanz bei 1 kHz und kein Gleichstromwiderstand. Eine Zelle mit hohem Ladungsdurchtrittswiderstand kann bei 1 kHz annehmbar aussehen und unter einem Lastsprung schlecht. Wo die Anwendung eine Hochstromentladung ist, ist der Gleichstromwert zu erfragen, und der kommt aus einem Lasttest und nicht aus diesem Gerät.

Der Messstrom ist bewusst klein, bei einer Baureihe unter 10 mA, mit einer Leerlaufspannung unter 20 mV. Das macht die Messung zerstörungsfrei und ist zugleich der Grund, warum das Gerät keinen Kapazitäts- oder Lasttest ersetzt. Es beurteilt eine Zelle, es charakterisiert sie nicht.

Die Kontaktqualität setzt die Untergrenze der Messung. Bei 0,1 µΩ liest sich eine nicht vollständig sitzende Klemme als Widerstandserhöhung; deshalb gibt es die Kontaktprüfung, und deshalb sollte sie eingeschaltet bleiben und nicht der Geschwindigkeit wegen übergangen werden. Anpressdruck und Zustand der Spitze zählen auf diesem Niveau mehr als die Genauigkeitsangabe des Geräts.

Die Temperatur verschiebt den Messwert. Beide Baureihen bieten eine Temperaturkompensation, doch Kompensation ist eine Rechnung gegen eine Bezugstemperatur und keine Beseitigung des Effekts; eine kalt und eine warm gemessene Zelle unterscheiden sich weiterhin, wenn der Kompensationskoeffizient für diese Chemie nicht stimmt.

Die Spannungsklasse ist eine Sicherheitsgrenze so gut wie ein Messbereich. Ein 60-V-Gerät an einem 400-V-Strang liegt außerhalb seiner Bemessung, und die Isolationen und Luftstrecken in einem 1500-V-Modell sind nicht dieselben wie in einem 60-V-Gerät. Die Klasse ist für die höchste Spannung zu wählen, die anliegen kann, und nicht für die, die üblicherweise anliegt.