Batterie-Innenwiderstandstester 20 V, 0,01 mΩ–31 Ω | TOB-HP-3561

TOB-HP-3561 Präzisionsmessgerät für den Innenwiderstand von Batterien — AC-IR- und DC-V-Messung für Batterie-F&E und Produktion

Produktübersicht und ideale Anwendungen

Der TOB-HP-3561 ist ein Präzisionsmessgerät für den Innenwiderstand von Batterien, das den AC-Innenwiderstand (AC-IR) und die DC-Leerlaufspannung (DC-V) einer Batteriezelle oder eines Batteriepacks gleichzeitig mithilfe einer Vierdrahtmessmethode (Kelvin-Methode) misst. Ein leistungsstarker Mikroprozessor steuert den Messzyklus und liefert schnelle, stabile Messwerte über drei auswählbare Widerstandsbereiche (300 mΩ, 3 Ω, 30 Ω) und einen einzelnen 20-V-Spannungsbereich. Die AC-IR-Messung verwendet ein 1-kHz-±-0,2-Hz-Prüfsignal, eine Frequenz, die in der Batterieindustrie weit verbreitet ist, da sie gut mit dem ohmschen Widerstand korreliert, der den Spannungseinbruch einer Zelle unter Last bestimmt.

Das Vierdrahtmessverfahren trennt die stromführenden Leitungen von den spannungserfassenden Leitungen und eliminiert dadurch den Einfluss von Leitungswiderstand und Kontaktwiderstand auf den Messwert. Dies ist entscheidend für die Erfassung von Innenwiderständen bis hinunter zu einigen zehn Mikroohm – eine Fähigkeit, die ein einfaches Zweidraht-Ohmmeter nicht bieten kann. Der TOB-HP-3561 erreicht eine beste Auflösung von 10 µΩ im 300-mΩ-Bereich und 1 mV im 20-V-Spannungsbereich.

Der TOB-HP-3561 ist mit einem 3,5-Zoll-TFT-Farb-LCD zur klaren Anzeige von Messdaten, einem integrierten Komparator mit Speicherung von bis zu 30 Datensätzen, 10-stufiger Sortierung und Zählung nach Behältern sowie vier Trigger-Modi (intern, manuell, extern, automatisch und Bus) ausgestattet, die den eigenständigen Betrieb oder die Integration in eine automatisierte Produktionslinie ermöglichen. Zu den Kommunikationsschnittstellen gehören RS232, RS485, ein optionaler LAN-Anschluss und ein Handler-(I/O)-Anschluss für die direkte PLC-Anbindung. Das Gerät unterstützt sowohl SCPI- als auch Modbus-Kommunikationsprotokolle.

Ideal für:

1. Hersteller von Lithium-Ionen-Batteriezellen, die eine 100-%ige Prüfung des Innenwiderstands und der Spannung am Ende der Produktionslinie für zylindrische, Pouch- und prismatische Zellen durchführen.
2. F&E-Labore zur Charakterisierung neuer Elektrodenmaterialien und der Qualität von Tab-Schweißverbindungen durch Verfolgung der Entwicklung des AC-IR während der Formierungszyklen.
3. Hersteller von Superkondensatoren zur Messung des ESR (äquivalenten Serienwiderstands), den der TOB-HP-3561 direkt über die AC-IR-Funktion prüfen kann.
4. Montagelinien für Batteriepacks, bei denen der Innenwiderstand einzelner Zellen vor der Reihen-Parallel-Verschaltung angepasst werden muss.
5. Automatisierte Produktionsanlagen, die ein schnelles, mit Handler ausgestattetes Prüfgerät benötigen, um Gut-/Schlecht-Signale für die Inline-Sortierung zu übertragen.

Sie möchten wissen, ob der 300-mΩ- oder der 3-Ω-Bereich für den typischen Innenwiderstand Ihrer Zelle geeignet ist? Kontaktieren Sie unsere Messingenieure mit der Nennkapazität und Chemie Ihrer Zelle.

Einsatz des Innenwiderstandsmessgeräts in Batterieproduktion und Qualitätskontrolle

Der Innenwiderstand ist einer der beiden wichtigsten elektrischen Parameter, die den Zustand und die Leistung einer Batteriezelle bestimmen – der andere ist die Kapazität. Ein erhöhter Innenwiderstand verursacht einen übermäßigen Spannungsabfall unter Last, verringert die nutzbare Entladekapazität und erzeugt Wärme, die die Alterung beschleunigt. In einer Produktionsumgebung muss jede Zelle vor dem Zusammenbau zu einem Pack auf Innenwiderstand und Leerlaufspannung geprüft werden, da eine einzelne Zelle mit hohem Widerstand in einer Reihenschaltung die Leistung der gesamten Reihe begrenzt und durch das BMS in eine Überladung oder Tiefentladung getrieben werden kann.

Der TOB-HP-3561 wird an mehreren Qualitätskontrollpunkten eingesetzt:

• Eingangsprüfung von Zellen:Zellhersteller und Pack-Monteure verwenden das Prüfgerät, um zu verifizieren, dass eingehende Zellen die vorgegebenen Grenzwerte für Innenwiderstand und Spannung erfüllen. Die Komparatorfunktion (30 Datensätze, 10-stufige Sortierung) kann Zellen automatisch anhand vom Benutzer programmierter Hi/IN/Lo-Schwellenwerte für Widerstand und Spannung klassifizieren.
• Prüfung nach der Formierung:Nach dem ersten Lade-Entlade-Zyklus (Formierung) befindet sich der Innenwiderstand einer Zelle auf seinem anfänglichen Referenzwert. Der TOB-HP-3561 zeichnet diesen Wert auf, der anschließend als Referenz für die Verfolgung der Alterung während Zyklustests oder bei Rückläufern aus dem Feld dient.
• Anpassung bei der Pack-Montage:Zellen, die in Reihe geschaltet werden, müssen einen möglichst ähnlichen Innenwiderstand aufweisen, um während Lade-Entlade-Zyklen eine gleichmäßige Stromverteilung und Temperaturverteilung sicherzustellen. Die hohe Messgeschwindigkeit des TOB-HP-3561 (bis zu 66 Messungen pro Sekunde im Ex.Fast-Modus) ermöglicht eine Sortierung mit hohem Durchsatz.
• Überprüfung der Schweißqualität:Die AC-IR-Messung kann eine mangelhafte Tab-zu-Folie- oder Tab-zu-Kappe-Schweißverbindung erkennen: Eine Schweißstelle mit unzureichender Kontaktfläche weist einen ungewöhnlich hohen Widerstand auf. Durch die Messung auf Zellebene bietet der TOB-HP-3561 eine schnelle, zerstörungsfreie Prüfung des Schweißprozesses.

Das Vierdrahtprüfverfahren und die 1-kHz-Messfrequenz sind beide durch Industriestandards für die Prüfung des Innenwiderstands von Batterien vorgeschrieben und stellen sicher, dass die Ergebnisse mit denen anderer Herstellergeräte vergleichbar sind, die unter denselben Bedingungen arbeiten.

Wie der TOB-HP-3561 den AC-Innenwiderstand und die DC-Spannung misst

Der TOB-HP-3561 legt über die Stromleitungen der Kelvin-Klemme einen bekannten Wechselstrom (typischerweise 10 mA, 1 mA oder 100 µA abhängig vom ausgewählten Bereich) mit einer Frequenz von 1 kHz an die zu prüfende Batterie an. Die dadurch an den Batterieklemmen entstehende Wechselspannung wird von einem separaten Paar Messleitungen erfasst, die so nah wie möglich an den Batterieklemmen angeschlossen sind. Da die Voltmeter-Schaltung eine sehr hohe Eingangsimpedanz besitzt, fließt praktisch kein Strom durch die Messleitungen, sodass der Spannungsabfall über deren Leitungs- oder Kontaktwiderstand null ist. Die gemessene Spannung geteilt durch den angelegten Strom ergibt den AC-Innenwiderstand.

Die DC-Leerlaufspannung wird gleichzeitig über dieselben Messleitungen erfasst. Das Gerät misst das Gleichspannungspotenzial zwischen den positiven und negativen Anschlüssen und zeigt es mit einer Auflösung von 1 mV an.

Der Mikroprozessor im TOB-HP-3561 steuert die gesamte Messsequenz: Er stellt den geeigneten Strombereich ein (automatisch oder manuell), erzeugt das 1-kHz-Wechselsignal, digitalisiert die Spannungsantwort, berechnet den Widerstand und steuert die 3,5-Zoll-TFT-Anzeige. Messergebnisse werden außerdem über mehrere Kommunikationsschnittstellen zur Datenaufzeichnung oder automatisierten Steuerung übertragen.

Zu den wichtigsten Funktionselementen des TOB-HP-3561 gehören:

• Vierdraht-(Kelvin)-Anschluss:Die standardmäßig mitgelieferte HK9500-11A-Kelvin-Prüfklemme führt vier Leitungen zur Batterie: zwei für den Prüfstrom und zwei zur Spannungserfassung. Diese Anordnung beseitigt Messfehler durch den Widerstand der Prüfleitungen und den Kontaktwiderstand an den Klemmenbacken.
• Drei AC-IR-Bereiche mit automatischer oder manueller Auswahl:Das Gerät kann automatisch den geeignetsten Bereich auswählen, oder der Bediener kann einen bestimmten Bereich festlegen. Die Bereiche umfassen 300 mΩ (beste Auflösung 10 µΩ), 3 Ω (100 µΩ) und 30 Ω (1 mΩ) und decken damit alles ab, von einer extrem niederohmigen großformatigen Leistungszelle bis zu einer hochohmigen Knopfzelle oder Trockenbatterie.
• Komparator und Sortierung:Bis zu 30 Datensätze können gespeichert werden, jeder mit Hi/IN/Lo-Schwellenwerten für Widerstand und Spannung. Eine 10-stufige Sortierfunktion klassifiziert Bauteile in Behälter, und das Gerät liefert ein umfassendes Urteil (kombiniertes Ergebnis aus Widerstand und Spannung) über die Anzeige, eine Kontrollleuchte, einen akustischen Summer und ein externes I/O-Signal über die Handler-Schnittstelle.
• Mehrere Trigger- und Kommunikationsoptionen:Das Gerät kann intern, manuell, über einen externen Schalter, automatisch in einem festgelegten Intervall oder durch einen Bus-Befehl ausgelöst werden. Die Kommunikation mit einem PC oder PLC ist über RS232, RS485, einen optionalen LAN-Anschluss (mit SCPI-Protokoll) oder den Handler-I/O-Anschluss möglich. Sowohl SCPI- als auch Modbus-Protokolle werden an den RS232- und RS485-Schnittstellen unterstützt, während der LAN-Anschluss SCPI verwendet.
• Große Toleranz der Versorgungsspannung:Das Instrument arbeitet mit AC 100 V bis 240 V, 47–63 Hz und verbraucht weniger als 15 VA, wodurch es mit elektrischen Systemen weltweit kompatibel ist.

Wichtige Leistungsmerkmale des TOB-HP-3561

Gleichzeitige AC-IR- und DC-V-Messung

Der TOB-HP-3561 misst den Innenwiderstand und die Leerlaufspannung in einem einzigen Testzyklus und zeigt beide Werte auf dem 3,5-Zoll-Farb-LCD an. Dies beschleunigt den Prüfprozess und stellt sicher, dass beide Parameter für jede Zelle aufgezeichnet werden, was für die Rückverfolgbarkeit in der Großserienproduktion entscheidend ist.

Großer Messbereich mit drei auswählbaren Widerstandsbereichen

Die drei Bereiche (300 mΩ, 3 Ω, 30 Ω) decken das gesamte Spektrum der in der Praxis vorkommenden Innenwiderstandswerte von Batterien ab. Eine großformatige EV-Pouchzelle mit einem Widerstand voneinigen hundert Mikroohm wird im 300 mΩ-Bereich mit einer Auflösung von 10 µΩ gemessen. Eine kleine Knopfzelle oder eine Trockenbatterie mit einem Widerstand von mehreren Ohm kann im 3 Ω- oder 30 Ω-Bereich gemessen werden. Der Bereich kann manuell eingestellt oder im Automatikmodus belassen werden, damit das Instrument die optimale Skala auswählt.

Hohe Genauigkeit und schnelle Messgeschwindigkeit

In den Widerstandsbereichen beträgt die Grundgenauigkeit ±0,5 % des Messwerts ± 0,02 % des Endwerts (im langsamen Modus). Die Spannungsgenauigkeit beträgt ±0,05 % ± 0,002 % des Endwerts. Vier Messgeschwindigkeiten sind verfügbar: Langsam (3 Messungen/s), Mittel (10 Messungen/s), Schnell (30 Messungen/s) und Ex.Schnell (66 Messungen/s). Im Ex.Schnell-Modus kann eine Zelle in ungefähr 15 ms geprüft werden und erfüllt damit die Durchsatzanforderungen automatisierter Produktionslinien.

Umfassender Komparator mit Sortierung und I/O-Ausgang

Der 30-Gruppen-Komparator kann individuelle Gut/Schlecht-Grenzwerte für Widerstand und Spannung speichern. Die Sortierfunktion mit 10 Klassen ordnet Zellen physisch über den Handler-I/O-Anschluss Behältern zu. Dieser gibt HI/IN/LO-Signale aus, die externe Relais oder Umleiter steuern können. Die Gesamtanzahl der Zellen in jeder Klasse wird vom Instrument erfasst.

Umfassende Konnektivität für die Integration in Automatisierungssysteme

Der Handler-I/O-Anschluss ermöglicht eine direkte, galvanisch isolierte Kommunikation mit SPS und Automatisierungssteuerungen. Für die PC-basierte Datenerfassung stehen die RS232-, RS485- und optionalen LAN-Schnittstellen zur Verfügung. Durch die Unterstützung der beiden Protokolle SCPI und Modbus kann der TOB-HP-3561 ohne Softwareänderungen in bestehende Prüfsysteme integriert werden.

Kompaktes, tischgeeignetes Design mit geringem Stromverbrauch

Mit Abmessungen von 325 mm × 215 mm × 80 mm und einem Gewicht von 3 kg passt der TOB-HP-3561 problemlos auf eine Laborarbeitsfläche oder ein Regal in einem Prüfgestell einer Produktionslinie. Der Stromverbrauch von weniger als 15 VA ist in einer Anlage mit Hunderten kontinuierlich betriebenen Instrumenten vernachlässigbar.

Vollständige technische Spezifikationen

Die folgenden Tabellen enthalten die Spezifikationen genau wie für den TOB-HP-3561 angegeben.

AC-Innenwiderstand (AC-IR)

Gleichspannung (DC-V)

Weitere Funktionen

Standardkonfiguration

Praktische Empfehlungen für die Prüfung des Innenwiderstands

Die folgenden Empfehlungen helfen Benutzern, mit dem TOB-HP-3561 die genauesten und wiederholbarsten Messungen zu erhalten.

• Integrität der Vierleiterschaltung: Stellen Sie immer sicher, dass sowohl die Stromquelle- als auch die Messbacken der Kelvin-Klemme festen Kontakt mit dem Batterieanschluss haben. Eine lose Messverbindung führt dazu, dass die gemessene Spannung schwankt und einen instabilen Widerstandswert erzeugt. Reinigen Sie die Backen regelmäßig, um Schmutz oder Oxidation zu entfernen.
• Nullkorrektur: Führen Sie vor Beginn einer Messsitzung eine Kurzschluss-Nullung im ausgewählten Bereich durch, indem Sie die Stromquelle- und Messklemmen direkt miteinander verbinden (ohne Batterie) und die Nullfunktion ausführen. Dadurch werden verbleibende Offsets in den Leitungen und im Gerät kompensiert.
• Auswahl der Messgeschwindigkeit: Für routinemäßige QC-Prüfungen bietet die Geschwindigkeit Mittel oder Schnell ein gutes Gleichgewicht zwischen Durchsatz und Genauigkeit. Verwenden Sie die Geschwindigkeit Langsam für Referenzmessungen und für Zellen mit sehr niedrigem Innenwiderstand, bei denen die zusätzliche Einschwingzeit die Messwiederholbarkeit verbessert. Verwenden Sie Ex.Schnell nur, wenn maximaler Durchsatz an einer automatisierten Linie erforderlich ist, und prüfen Sie, ob die zusätzliche Genauigkeitseinbuße (±2 dgt oder ±3 dgt) für die Anwendung akzeptabel ist.
• Komparator-Einstellung: Bei Verwendung des Komparators zur Gut-/Schlecht-Sortierung stellen Sie die Widerstands- und Spannungsgrenzen leicht innerhalb der Spezifikationsgrenzen der Zelle ein, um eine Schutzbandbreite zu schaffen, die Messunsicherheiten berücksichtigt. Der Speicher für 30 Datensätze ermöglicht das Speichern dedizierter Prüfaufbauten für jedes Zellmodell.
• Integration in die Automatisierung: Der Handler-I/O-Anschluss bietet die schnellste Hardware-Handshake-Schnittstelle für automatisierte Sortierung. Für die Datenaufzeichnung an einem PC sind RS232 oder LAN die bevorzugten Schnittstellen. Wenn das Gerät Teil eines größeren Prüfsystems mit Modbus ist, konfigurieren Sie den RS232- oder RS485-Anschluss für das Modbus-Protokoll.

Technische FAQ

F1: Warum verwendet der TOB-HP-3561 eine Testfrequenz von 1 kHz anstelle von Gleichstrom für den Innenwiderstand?

Das 1 kHz-Wechselsignal trennt den rein ohmschen Widerstand der Batterie (den kombinierten Widerstand der Stromkollektoren, der Laserschweißungen und des Elektrolyten) von langsameren, zeitabhängigen Prozessen wie Ladungstransferreaktionen und Diffusion. Eine Gleichstrommessung würde diese langsameren Beiträge einschließen und einen größeren, weniger reproduzierbaren Wert liefern. Die 1 kHz-Frequenz ist zu einem Industriestandard geworden, und der vom TOB-HP-3561 gemessene Wert kann direkt mit Datenblattangaben der meisten Zellhersteller verglichen werden.

F2: Kann der TOB-HP-3561 den Innenwiderstand eines Batteriepakets oder nur einzelner Zellen messen?

Das Gerät kann jede Batterie messen, deren Leerlaufspannung unter 20 V liegt. Eine einzelne Lithium-Ionen-Zelle hat typischerweise 3,0–4,2 V, daher kann das Gerät Pakete mit bis zu ungefähr 4–5 in Reihe geschalteten Zellen messen (ein 5S-Lithium-Paket hätte bei voller Ladung etwa 21 V und würde sich der Grenze nähern). Bei Paketen mit höherer Spannung würde die Spannung den 20 V-Bereich überschreiten und ein anderes Gerät wäre erforderlich. Der Widerstand des Pakets selbst kann gemessen werden, sofern die Spannung innerhalb des Bereichs liegt.

F3: Wie oft sollte der TOB-HP-3561 kalibriert werden und welches Kalibrierverfahren wird empfohlen?

Das Gerät enthält eine Präzisionsreferenz und führt beim Einschalten interne Selbstdiagnosen durch. Für Produktionsumgebungen, in denen Rückverfolgbarkeit erforderlich ist, wird eine jährliche Kalibrierung mit einem zertifizierten Widerstandsstandard und einem Spannungsstandard empfohlen. Die Kalibrierung kann von einem zertifizierten Kalibrierlabor durchgeführt werden. Kontaktieren Sie TOB, wenn ein internes Kalibrierverfahren gewünscht wird.

F4: Kann das Gerät zur Messung des ESR von Superkondensatoren verwendet werden?

Ja. Die AC-IR-Messung bei 1 kHz ist direkt für ESR-Prüfungen (äquivalenter Serienwiderstand) von Superkondensatoren anwendbar. Die Bereiche 300 mΩ, 3 Ω und 30 Ω decken die ESR-Werte der meisten handelsüblichen Superkondensatoren ab. Der Hersteller gibt an, dass das Gerät für diese Anwendung geeignet ist.

F5: Was ist der Unterschied zwischen dem Handler-I/O-Anschluss und den RS232/RS485/LAN-Schnittstellen und wann sollte jeweils welche verwendet werden?

Der Handler-I/O-Anschluss bietet dedizierte, fest konfigurierte digitale I/O-Leitungen für Gut-/Schlecht-Ausgabe (HI/IN/LO), Triggereingang und Busy/Ready-Handshake. Er ist für den direkten Anschluss an eine SPS oder eine Sortiermaschine mit minimaler Latenz ausgelegt. Die RS232-, RS485- und LAN-Schnittstellen übertragen die vollständigen Messdaten (Widerstandswert, Spannungswert, Beurteilungsergebnis usw.) als serielle Datenpakete im SCPI- oder Modbus-Format, sodass ein PC oder eine übergeordnete Steuerung Daten protokollieren, statistische Analysen durchführen oder das Gerät fernsteuern kann. Für einfache Gut-/Schlecht-Sortierung ist der Handler-Anschluss am schnellsten; für eine umfassende Datenerfassung werden RS232 oder LAN bevorzugt.

Bereit, schnelle, genaue Vierleiter-Prüfungen von Innenwiderstand und Spannung in Ihrer Batterieproduktion oder Ihrem F&E-Labor hinzuzufügen? Fordern Sie ein Angebot für den TOB-HP-3561 an oder kontaktieren Sie unsere Messtechniker, um die Integration in Ihr bestehendes automatisiertes Prüfsystem und die Anforderungen an Kommunikationsprotokolle zu besprechen.

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