¿Qué es un probador de aislamiento en las celdas de la batería? Un probador de aislamiento en las celdas de la batería mide de manera precisa la corriente de fuga (LC) y la resistencia de aislamiento (IR) de una batería jelly- roll/celda seca así como de otros materiales aislantes. Incluye descargas parciales (PD) o detección de arco para identificar defectos y peligro potencial en la batería antes de la siguiente fase de producción.
Problemas de seguridad con baterías de ion-litio
Las consecuencias de una explosión o incendio causado por baterías de ion litio son una preocupación constante. A medida que la tecnología avanza, la densidad de energía en las baterías de ion litio se incrementa planteando un riesgo aun mayor para los consumidores. Para poder eliminar el riesgo de una explosión o incendio, la causa raíz debe ser resuelta y las unidades defectuosas deben ser filtradas antes de que lleguen al consumidor en el mercado. Investigaciones recientes indican que los
cortos circuitos entre el electrodo positivo (aluminio) y el materia recubierto en el electrodo negativo (ánodo) adentro de la celda es la causa raíz del incendio o la explosión [Figura 2]. Rebabas en los electrodos metálicos o partículas contaminadas adentro del separador pueden causar este tipo de corto circuito interno [Figura 3].
La investigación también muestra que el material recubierto en el electrodo negativo (típicamente grafito) se expande durante la fase de carga, expandiéndose hasta un 24% o más a medida que los ciclos de carga y descarga se repiten. Pudiera seguir expandiéndose hasta que las rebabas en la placa de aluminio finalmente toquen la superficie recubierta de grafito en el electrodo negativo y resultando en una explosión o incendio [Figura 4]. Usualmente antes de que se envíen las celdas de baterías de la fábrica de manufactura se hacen varios ciclos de carga y descarga. Vamos a presentar un ejemplo, dos casos de celdas defectuosas están presentes en la línea de producción, y cada una tiene una sola rebaba con diferente altura o longitud en su placa de aluminio [caso 1 y caso 2 se muestran en la figura 5]. El caso 1 será detectado en el segundo ciclo de carga en la fábrica de manufactura, ya que la rebaba entra en contacto con el ánodo en ese momento. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el caso 2 no será detectado hasta muchos ciclos de carga después, lo cual es muy posible que sea una vez que ya lo tiene el cliente.
Detección de descargas parciales y función de medición
La función de detección de descargas parciales del Chroma 11210 tiene la habilidad de detectar esos defectos adentro de las celdas de la batería en la etapa de celda seca, antes de que se llene con el electrolito. Cuando hay rebabas en la lámina metálica del electrodo o defectos (partículas impuras) adentro de la capa de aislamiento (la lámina separadora) en las celdas secas, la distancia de aislamiento que queda entre ellas es recortada, pero no están en corto aun. En la mayoría de los casos, no pueden ser detectadas por pruebas regulares de corriente de fuga o resistencia de aislamiento, ya que el corto circuito interno no existe al momento de realizar las pruebas. El 11210 es el único instrumento que puede ayudarte a detectar posibles cortos en las fases preliminares antes de que ocurra cualquier falla. Aplicando el voltaje de prueba adecuado y el nivel limite adecuado para descargas parciales, el 11210 puede ayudarte a medir la distancia efectiva restante entre el electrodo negativo y el material de grafito (ver ecuación y explicación a la derecha). El probador de aislamiento en celdas de baterías Chroma 11210 detecta cualquier descarga parcial o arqueo que pudiera ocurrir adentro de las celdas de baterías. Hay dos fases de detección que el 11210 emplea usando distinta circuitería. La primera fase es en modo de corriente constante (CC) cuando el 11210 carga el dispositivo bajo prueba con una corriente constante ajustada por el usuario. Durante este modo, el 11210 va a monitorear el nivel de voltaje y su pendiente. Cualquier falla en la pendiente de voltaje o cambios inesperados en la pendiente serán detectados por el 11210 y reportados como ocurrencias de descargas parciales. La segunda fase es en modo de voltaje constante (CV). En este modo, solo debe haber una corriente de fuga estable. Por lo tanto, cualquier pulso saliente o inusual en la forma de onda de la corriente son típicamente el resultado de una descarga anormal (descarga parcial o arqueo) lo cual también será detectado y reportado por el 11210 como una ocurrencia de descargas parciales. El Chroma 11210 no solo detecta, sino que también mide
aproximadamente la magnitud de los pulsos de descargas parciales en estos modos (nota *1). [Refiérase a la figura 6 para ilustración].
Ya sea en modo de CC o CV, el 11210 es capaz de detectar el número de ocurrencias de descargas parciales, hasta 99 cuentas [Figura 7]. Ya sea la magnitud o el número de ocurrencias o ambos pueden ser ajustados como el nivel límite para el criterio de pasa/falla, lo cual es muy útil cuando se prueban varios dispositivos con diferentes características en la línea de producción.
Nota *1: la medición de la cantidad de descarga en los pulsos de descargas parciales es más precisa cuando la duración del pulso es menor que 100us, y el intervalo de tiempo entre los pulsos consecutivos es mayor que 300us. Debido a sus capacidades superiores de detección de descargas parciales y mediciones, el Chroma 11210 puede realizar tareas que un medidor de corriente de fuga/resistencia de aislamiento convencional o un equipo de Hipot no puede. Un medidor de corriente de fuga/resistencia de aislamiento convencional o un equipo de Hipot solo son capaces de medir el valor promedio de la corriente de fuga dentro de un cierto intervalo de tiempo, pero no es capaz de monitorear cada detalle en las formas de onda de corriente y de voltaje. Además, el 11210 provee voltaje de prueba ultra estable con rizo y ruido en el rango de mili volts, lo que le permite buscar fallar muy menores en las formas de onda de voltaje o corriente. La figura 8 muestra como sin ver los detalles de la forma de onda del voltaje, descargas parciales menores o arqueo dentro del dispositivo bajo prueba no pueden ser detectados.
En caso de que el personal de ingeniería necesite revisar la forma de onda real del voltaje o la corriente en el dispositivo bajo prueba que fallo (debido a descargas parciales) después de ser probado, el Chroma 11210 ofrece una opción avanzada que puede almacenar formas de onda de voltaje y de corriente de cada prueba individual al dispositivo. Y ya que están capturadas y grabadas, análisis adicionales e investigación pueden ser realizados por el equipo de investigación y desarrollo y/o análisis de calidad.
Aplicaciones de pruebas para capacitores con el 11210
El Chroma 11210 es la siguiente generación y la versión avanzada de su predecesor, el medidor de capacitores LC/IR 11200. El 11210 incluye funciones más versátiles con mayor exactitud, sin embargo, conserva las funciones y capacidades principales
encontradas en el 11200. Por lo tanto, el 11210 es también un medidor de LC/IR avanzado para todo tipo de capacitores [Figura 9].
En la línea de producción, el 11210 es capaz de probar capacitores a muy alta velocidad (aproximadamente 20ms por dispositivo bajo prueba) con fixturas apropiadas. Es más, cuenta con un rango muy amplio de mediciones de LC/IR con excelente exactitud. El Chroma 11210 es el nuevo instrumento de prueba estándar para inspección del aislamiento para todas las líneas de producción de capacitores. Aunque la detección de descargas parciales esta específicamente diseñada para inspección en el aislamiento en una celda seca de una batería, también proporciona una imagen clara de lo que ocurre adentro de un capacitor durante las pruebas. Y con los datos recolectados por el 11210, los usuarios pueden mejorar mucho más la calidad del aislamiento, asegurando la más alta calidad del aislamiento en su producto.
Como se mencionó anteriormente, en una prueba típica de aislamiento, se ejecutan cuatro fases en secuencia, las cuales son: Carga→Espera→Prueba→Descarga [Figura 10]. El Chroma 11210 permite a los usuario programar el intervalo de tiempo requerido para las primeras tres fases respectivamente. Cada una puede ser configurada en un rango de 5ms a 9.999 segundos. La fase de espera o “Dwell” es de especial importancia. Para dispositivos grandes y puramente resistivos o capacitores con alta capacitancia pero baja resistencia de aislamiento, el usuario debe considerar suficiente tiempo de espera antes de que la fase de prueba empiece. El largo tiempo de espera es necesario para permitir que la corriente de carga se estabilice para que no afecte las mediciones de corriente de fuga. El 11210 es extremadamente flexible en la programación de estos parámetros y es capaz de ejecutar las 4 fases en secuencia automáticamente. Para pruebas de producción de capacitores, Chroma cuenta con conocimiento y tecnología para apoyar a sus clientes en configurar una prueba de línea confiable o proporcionar una solución de prueba completa lista para ser instalada.>