圖1 因電池起火爆炸而造成汽車燃燒(示意圖)
使用鋰離子電池的產(chǎn)品，包含電動車、電動工具與電子產(chǎn)品的爆炸起火事故大部分都發(fā)生在充電的時候(圖1)。這主要是因為其負(fù)極材料(石墨烯或混硅材)在充電時會膨脹造成正負(fù)極之間極距縮短，若原本電極間因?qū)щ娦噪s質(zhì)混入而有效距離低于應(yīng)有設(shè)計就容易演變?yōu)閮?nèi)部短路。且在反復(fù)充放電的周期會持續(xù)膨脹并非一次充電后既定型！(參考圖2研究報告)，導(dǎo)致事故會發(fā)生在電池生產(chǎn)的非初次充電，或者是銷售后的終端產(chǎn)品。(此概念有別于一般學(xué)術(shù)認(rèn)知的長久鋰沉積造成的內(nèi)部短路)。
圖2 石墨負(fù)極材料在鋰離子電池充放電過程中產(chǎn)生的厚度變化(參考古河電工時報 第134號2015/1)
圖3 空氣的崩潰電壓與距離關(guān)系
所以鋰離子電池電芯的絕緣測試應(yīng)當(dāng)為一個電極間「距離」的測試，而非電阻值的測量。而從空氣的崩潰電壓與距離數(shù)據(jù)來看(圖3)，即使測試距離在1um的情況下，測試電壓也必須大于350V才有檢出效果(空氣崩潰后放電現(xiàn)象)。但大部分的生產(chǎn)者因為缺乏相關(guān)技術(shù)信息，認(rèn)為只要沒有內(nèi)短路即可，所以導(dǎo)致測試電壓過低，使得無法有效判斷出絕緣距離是否足夠。
圖4 測試過程的電氣閃絡(luò)
此外，即使使用足夠的電壓，有些毛刺會在測試過程產(chǎn)生間歇性的短暫絕緣崩潰，但這個現(xiàn)象會因破壞短縮而看似恢復(fù)，同時隔離膜瞬間被擊穿形成熔孔，絕緣層因缺少隔離膜的保護導(dǎo)致毛刺外露，若再經(jīng)過數(shù)次充放電后，負(fù)極材料的膨脹現(xiàn)象將使負(fù)極材料與毛刺發(fā)生短路，最終釀成災(zāi)害。若使用一般的絕緣電阻計或是耐壓測試機，只在特定時間檢視漏電流大小是無法檢測出這樣的異常品(圖4)。在測試過程中的電氣閃絡(luò)偵測，加上一般測試結(jié)束前的漏電流判定才是較完整的測試方式。
圖5 Chroma 11210電池芯絕緣測試儀
Chroma 11210電池芯絕緣測試儀(圖5)是專為鋰離子電池電芯絕緣異常檢出而量身打造的絕緣測試機，特別設(shè)計「于高壓量測過程中，能針對絕緣體內(nèi)微小的局部放電或電氣閃絡(luò)進行偵測與分析」，因為具備*的PD偵測以及量測功能，Chroma11210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(nèi)量測漏電流的平均值，無法監(jiān)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(wěn)定的測試電壓，電壓爬升也非線性，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(wěn)態(tài)，仍有極大的漣波與雜訊，因此無法進行短路偵測(圖6)。
圖6 如果沒有監(jiān)控波形，有任何PD或flashover發(fā)生使波形發(fā)生異常變化，都無法偵測到，Chroma 11210可監(jiān)控電壓電流波形，在右圖可以觀察到有兩次PD現(xiàn)象發(fā)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(dǎo)致) 的實際電壓與電流波形，Chroma11210亦提供可記錄每個不良品發(fā)生PD現(xiàn)象的電壓波形，使用者可以縮放記錄內(nèi)的波形圖，可簡易地查看PD現(xiàn)象的波形細節(jié)，此功能可協(xié)助鋰離子電池(干電芯)測量出在電解液填充前的有效絕緣距離是否足夠，避免潛在不良品進入下一生產(chǎn)階段或流入終端市場。相較于傳統(tǒng)的絕緣測試，Chroma 11210電池芯絕緣測儀提升了鋰離子電池驅(qū)動的電子電氣產(chǎn)品的安全性到新的境界。
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