バッテリー内部抵抗試験機 20V、0.01mΩ～31Ω | TOB-HP-3561

TOB-HP-3561 高精度バッテリー内部抵抗計 — バッテリーR&Dおよび生産向けAC-IR・DC-V測定

製品概要と最適な用途

TOB-HP-3561は、4線式（ケルビン）測定方式を使用して、バッテリーセルまたはパックのAC内部抵抗（AC-IR）とDC開放電圧（DC-V）を同時に測定する高精度バッテリー内部抵抗計です。高性能マイクロプロセッサが測定サイクルを制御し、3つの選択可能な抵抗レンジ（300 mΩ、3 Ω、30 Ω）と単一の20 V電圧レンジで、高速かつ安定した測定値を提供します。AC-IR測定では1 kHz ± 0.2 Hzの試験信号を使用します。この周波数は、負荷時のセル電圧降下を左右するオーミック抵抗との相関が高いため、バッテリー業界全体で広く採用されています。

4線式測定方式では、電流を流すリード線と電圧検出用リード線を分離することで、測定値からリード抵抗および接触抵抗の影響を除去します。これは数十マイクロオームという非常に低い内部抵抗を測定するために不可欠な機能であり、単純な2線式オーム計では実現できません。TOB-HP-3561は、300 mΩレンジで10 µΩ、20 V電圧レンジで1 mVという最高分解能を実現します。

TOB-HP-3561には、測定データを明瞭に表示する3.5インチTFTカラーLCD、10段階ソートとビンカウント機能付きで最大30件の記録を保存できる内蔵コンパレータ、さらにスタンドアロン動作または自動生産ラインへの統合を可能にする5種類のトリガーモード（内部、手動、外部、自動、バス）が搭載されています。通信インターフェースにはRS232、RS485、オプションのLANポート、直接PLC接続用のHandler（I/O）ポートが含まれます。本機器はSCPIおよびModbus通信プロトコルの両方に対応しています。

最適な用途：

1. 円筒形、パウチ形、角形セルに対して、100％エンドオブライン内部抵抗および電圧検査を実施するリチウムイオンバッテリーセルメーカー。
2. 形成サイクルを通じてAC-IRの変化を追跡し、新しい電極材料やタブ溶接品質を評価するR&D研究所。
3. ESR（等価直列抵抗）を測定するスーパーキャパシタメーカー。TOB-HP-3561はAC-IR機能を使用してESRを直接試験できます。
4. 直列・並列グループ化の前に、個々のセルの内部抵抗を一致させる必要があるバッテリーパック組立ライン。
5. インライン選別用の合否信号を通信するため、高速でHandler搭載の試験器を必要とする自動生産設備。

お使いのセルの一般的な内部抵抗に対して300 mΩレンジまたは3 Ωレンジのどちらが適切か確認する必要がありますか？セルの公称容量と化学系を添えて、当社の測定エンジニアまでお問い合わせください。

バッテリー生産および品質管理における内部抵抗計の位置付け

内部抵抗は、バッテリーセルの健全性と性能を定義する2つの主要な電気的パラメータの1つであり、もう1つは容量です。内部抵抗の増加は負荷時の過度な電圧降下を引き起こし、使用可能な放電容量を低下させ、劣化を加速する熱を発生させます。生産環境では、セルをパックに組み込む前に、すべてのセルについて内部抵抗と開放電圧を検査する必要があります。これは、直列接続されたセル列内の1つの高抵抗セルが全体の性能を制限し、BMSによって過充電または過放電状態に陥る可能性があるためです。

TOB-HP-3561は、以下の品質管理チェックポイントで使用されます：

• 受入セル検査：セルメーカーおよびパック組立業者は、この試験器を使用して、受け入れたセルが指定された内部抵抗および電圧範囲を満たしているか確認します。コンパレータ機能（30件の記録、10段階ソート）は、抵抗と電圧の両方について、ユーザー設定したHi/IN/Loしきい値に基づいてセルを自動的に分類できます。
• 形成後試験：最初の充放電サイクル（形成）後、セルの内部抵抗は初期基準値になります。TOB-HP-3561はこの値を記録し、その後のサイクル試験またはフィールド返却品における劣化追跡の基準として使用できます。
• パック組立時のマッチング：直列接続されるセルは、充放電サイクル中の均一な電流分配と温度分布を確保するため、内部抵抗を近い値に揃える必要があります。TOB-HP-3561の高速測定速度（Ex.Fastモードで最大66回/秒）により、高スループットの選別が可能です。
• 溶接品質確認：AC-IR測定は、タブと箔、またはタブとキャップ間の溶接不良を検出できます。接触面積が不足した溶接部は異常に高い抵抗を示します。セルレベルで抵抗を測定することで、TOB-HP-3561は溶接工程を迅速かつ非破壊で確認できます。

4線式試験方式と1 kHz測定周波数は、どちらもバッテリー内部抵抗試験に関する業界標準で規定されており、同じ条件で動作する他メーカーの機器による測定結果との比較可能性を確保します。

TOB-HP-3561によるAC内部抵抗およびDC電圧の測定方法

TOB-HP-3561は、試験対象バッテリーに対して、ケルビンクリップの電流供給リードを通じて、1 kHzの周波数で既知の交流電流（選択したレンジに応じて通常10 mA、1 mA、または100 µA）を印加します。この電流に応じてバッテリー端子間に発生する交流電圧は、バッテリー端子のできるだけ近くに接続された別の検出リードによって測定されます。電圧計回路は非常に高い入力インピーダンスを持つため、検出リードには実質的に電流が流れず、それらのリードの抵抗や接触抵抗による電圧降下はゼロになります。測定電圧を印加電流で割ることで、AC内部抵抗が得られます。

DC開放電圧は、同じ検出リードを通じて同時に測定されます。本機器は正極端子と負極端子間のDC電位を読み取り、1 mV分解能で表示します。

TOB-HP-3561内部のマイクロプロセッサは、測定シーケンス全体を制御します。適切な電流レンジを設定（自動または手動選択）し、1 kHz AC信号を生成し、電圧応答をデジタル化し、抵抗値を計算し、3.5インチTFTディスプレイを駆動します。測定結果は、データ記録や自動制御のため、複数の通信インターフェースを介して送信されます。

TOB-HP-3561の主な機能要素：

• 4線式（ケルビン）接続：標準付属のHK9500-11Aケルビンテストクリップは、バッテリーに4本のワイヤを接続します。2本は試験電流を流し、2本は電圧を検出します。この構成により、試験リードの抵抗およびクリップジョー部の接触抵抗による測定誤差を除去します。
• 自動または手動選択可能な3つのAC-IRレンジ：本機器は最適なレンジを自動選択でき、またオペレーターが特定のレンジに固定することもできます。レンジは300 mΩ（最高分解能10 µΩ）、3 Ω（100 µΩ）、30 Ω（1 mΩ）をカバーし、超低抵抗の大型パワーセルから高抵抗のコインセルや乾電池まで対応します。
• コンパレータと選別：最大30件の記録を保存でき、それぞれに抵抗と電圧のHi/IN/Loしきい値を含めることができます。10段階選別機能は部品をビンに分類し、本機器はディスプレイ、表示ランプ、ブザー、およびHandlerインターフェース経由の外部I/O信号を通じて、総合判定（抵抗と電圧を組み合わせた結果）を提供します。
• 複数のトリガーおよび通信オプション：本機器は、内部、手動、外部スイッチ、自動設定間隔、またはバスコマンドによってトリガーできます。PCまたはPLCとの通信は、RS232、RS485、オプションのLANポート（SCPIプロトコル使用）、またはHandler I/Oポートを介して可能です。RS232およびRS485インターフェースではSCPIとModbusの両方のプロトコルに対応し、LANポートはSCPIを使用します。
• 広範囲な電源電圧許容範囲：この装置はAC 100 V～240 V、47～63 Hzで動作し、消費電力は15 VA未満であるため、世界中の電気システムに対応しています。

TOB-HP-3561の主要性能特性

AC-IRおよびDC-Vの同時測定

TOB-HP-3561は、1回の試験サイクルで内部抵抗と開放回路電圧を測定し、両方の値を3.5インチカラ―LCDに表示します。これにより検査工程が高速化され、すべてのセルについて両パラメータが記録されるため、大量生産におけるトレーサビリティ確保に重要です。

3つの選択可能な抵抗レンジによる広い測定範囲

3つのレンジ（300 mΩ、3 Ω、30 Ω）は、実際に使用されるバッテリー内部抵抗値の全範囲をカバーします。数百マイクロオームの抵抗を持つ大型EVパウチセルは、10 µΩ分解能の300 mΩレンジで測定されます。数オームの抵抗を持つ小型コインセルや乾電池は、3 Ωまたは30 Ωレンジで測定できます。レンジは手動設定することも、自動モードにして装置が最適なスケールを選択するようにすることもできます。

高精度かつ高速な測定速度

抵抗レンジでは、基本確度は読み値の±0.5 % ± フルスケールの±0.02 %です（低速モード時）。電圧確度は±0.05 % ± フルスケールの±0.002 %です。4種類の測定速度を利用できます：低速（3回/s）、中速（10回/s）、高速（30回/s）、超高速（66回/s）。超高速モードでは、セルを約15 msで試験でき、自動生産ラインの処理能力要求に対応します。

ビニング機能およびI/O出力を備えた包括的コンパレータ

30グループコンパレータは、抵抗と電圧の両方について個別の合否判定基準を保存できます。10段階選別機能は、Handler I/Oポートを介してセルを物理的にビンへ分類します。このポートはHI/IN/LO信号を出力し、外部リレーや分岐装置を制御できます。各等級のセル総数は装置によって追跡されます。

自動化統合のための広範な接続性

Handler I/Oポートは、PLCおよび自動化コントローラと直接的な絶縁通信を提供します。PCベースのデータ収集には、RS232、RS485、およびオプションのLANインターフェースが利用できます。デュアルSCPI/Modbusプロトコル対応により、TOB-HP-3561はソフトウェア変更なしで既存の試験システムに統合できます。

低消費電力のコンパクトな卓上対応設計

寸法325 mm × 215 mm × 80 mm、重量3 kgのTOB-HP-3561は、実験室の作業台や生産ライン試験ラックの棚に容易に設置できます。消費電力15 VA未満は、数百台の装置が連続稼働する施設では無視できる程度です。

完全な技術仕様

以下の表には、TOB-HP-3561について提供された仕様がそのまま記載されています。

AC内部抵抗（AC-IR）

直流電圧（DC-V）

その他の機能

標準構成

内部抵抗試験の実用的な推奨事項

以下の推奨事項は、ユーザーがTOB-HP-3561を使用して、最も正確で再現性の高い測定結果を得るために役立ちます。

• 4線式接続の完全性：ケルビンクリップの電流供給用ジョーと検出用ジョーの両方が、バッテリー端子に確実に接触していることを常に確認してください。検出接続が緩んでいると、測定電圧が変動し、不安定な抵抗値の読み取りが発生します。定期的にジョーを清掃して、汚れや酸化物を除去してください。
• ゼロ補正：測定セッションを開始する前に、選択したレンジで短絡ゼロ調整を実行してください。電流供給クリップと検出クリップを直接接続し（バッテリーなし）、ゼロ機能を実行します。これにより、リード線および測定器に残るオフセットが補正されます。
• 測定速度の選択：通常のQC試験では、MediumまたはFast速度が処理能力と精度の良好なバランスを提供します。基準測定や、追加の安定化時間によって測定再現性が向上する非常に低い内部抵抗のセルにはSlow速度を使用してください。自動ラインで最大処理能力が必要な場合のみEx.Fast速度を使用し、追加される精度低下（±2 dgtまたは±3 dgt）が用途に許容されることを確認してください。
• コンパレータ設定：合否判定の選別にコンパレータを使用する場合は、測定不確かさを考慮したガードバンドを作成するため、抵抗および電圧の上限・下限をセル仕様の許容範囲よりわずかに内側に設定してください。30件の記録保存機能により、各セルモデル用の専用試験設定を保存できます。
• 自動化システムとの統合：Handler I/Oポートは、自動選別用の最速ハードウェアハンドシェイクを提供します。PCへのデータ記録には、RS232またはLANが推奨インターフェースです。Modbusを使用する大規模な試験システムの一部として測定器を使用する場合は、RS232またはRS485ポートをModbusプロトコル用に設定してください。

技術FAQ

Q1：TOB-HP-3561は、内部抵抗測定においてなぜDCではなく1 kHzの試験周波数を使用するのですか？

1 kHzのAC信号は、バッテリーの純粋なオーム抵抗（集電体、タブ溶接部、電解液の合成抵抗）を、電荷移動反応や拡散などのより遅い時間依存プロセスから分離します。DC測定ではこれらの遅い要素も含まれるため、より大きく、再現性の低い値になります。1 kHz周波数は業界標準となっており、TOB-HP-3561で測定された値は、ほとんどのセルメーカーのデータシート仕様と直接比較できます。

Q2：TOB-HP-3561はバッテリーパックの内部抵抗を測定できますか、それとも単セルのみですか？

この測定器は、開放電圧が20 V未満のあらゆるバッテリーを測定できます。単一のリチウムイオンセルは通常3.0～4.2 Vであるため、この測定器ではおおよそ4～5セル直列までのパックを測定できます（5Sリチウムパックは完全充電時に約21 Vとなり、上限に近づきます）。より高電圧のパックでは電圧が20 Vレンジを超えるため、別の測定器が必要になります。電圧が測定範囲内であれば、パック自体の抵抗を測定できます。

Q3：TOB-HP-3561はどのくらいの頻度で校正すべきですか。また、推奨される校正手順は何ですか？

測定器には高精度基準器が内蔵されており、電源投入時に内部自己診断を実行します。トレーサビリティが必須の生産環境では、認証済み抵抗標準器および電圧標準器を使用した年1回の校正を推奨します。校正は認定校正機関で実施できます。社内校正手順が必要な場合はTOBまでお問い合わせください。

Q4：この測定器はスーパーキャパシタのESRを測定するために使用できますか？

はい。1 kHzでのAC-IR測定は、スーパーキャパシタのESR（等価直列抵抗）試験に直接適用できます。300 mΩ、3 Ω、30 Ωのレンジは、ほとんどの市販スーパーキャパシタのESR値をカバーします。メーカーは、この用途に適していることを仕様として示しています。

Q5：Handler I/OポートとRS232/RS485/LANインターフェースの違いは何ですか。また、それぞれいつ使用すべきですか？

Handler I/Oポートは、合否出力（HI/IN/LO）、トリガ入力、およびビジー/レディハンドシェイク用の専用固定機能デジタルI/Oラインを提供します。これは、PLCまたは選別機に最小限の遅延で直接接続するために設計されています。RS232、RS485、およびLANインターフェースは、測定データ全体（抵抗値、電圧値、判定結果など）をSCPIまたはModbus形式のシリアルデータパケットとして送信し、PCや上位コントローラによるデータ記録、統計分析、測定器の遠隔制御を可能にします。単純な合否選別ではHandlerポートが最速で、包括的なデータ収集にはRS232またはLANが推奨されます。

バッテリー生産またはR&Dラボに、高速で正確な4線式内部抵抗および電圧試験を導入する準備はできていますか？TOB-HP-3561の見積もりをご依頼いただくか、既存の自動試験システムとの統合や通信プロトコル要件について、当社の測定エンジニアにご相談ください。

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