前言

汽車電動化的現代趨勢下，電池、馬達、變頻器已經成為不可或缺的重要零件。這些裝置運作時會需要相當大的電流，若出現微小的接續不良就有可能會導致發熱，影響性能與安全性。
尤其是，電池發熱是相當大的課題。PHEV與BEV透過超快速充電時的大電流，常常會有因為焊接不良的原因導致異常發熱的情況。異常發熱會導致電池的壽命縮短，甚至可能會有導致火災事故的危險。所以在製造工程中的焊接品質檢查就非常重要。

在可再生能源普及的現在，需要更多大型能源儲藏系統(ESS)，也面臨相同課題。面對這些課題，HIOKI的電阻計RM3546具備「1 nΩ解析度」與「強力的溫度補償功能(A-TC功能)」實現高精度的電阻測量。
如此一來，就能確實測量電動車電池的匯流排電阻與電芯內部的連接品質，同時也適用於馬達與變頻器製造時的接續品質的檢查。RM3546能協助提升產品的安全性與能源效率。

溫度對焊接電阻測量的影響

在焊接後要直接進行焊接電阻測量時，被測物的溫度還會很高。而金屬在高溫下，電阻值也會提升。這是因為，溫度上升導致金屬原子的熱震動，妨礙自由電子的移動。電阻值會有溫度依存性，例如在焊接後、溫度異常的狀態下進行測量，將無法獲得準確的結果。
過往的舊產品電阻計RM3545雖具備可將被測物的電阻值補償到標準溫度的「TC（Temperature Correction）功能」。但這個功能是透過電阻計連接溫度感測器，並由感測器取得溫度情報，再將電阻值補償至基準溫度時所使用的。

所以這個方法有以下兩個缺點，所以不適用於焊接後的高溫狀態直接測量。

• 難以高速且正確的進行溫度測量
• 焊接後的溫度變化大，熱起電力造成的誤差變大

為了解決以上課題，RM3546配備了新的「A-TC（Advanced Temperature Correction）功能」。這個新功能，可以克服以往的缺點，進行更加正確的測量。

A-TC機能

A-TC功能，是無需外接溫度感測器的新TC功能。
實現透過電阻測量取樣溫度^*1，並且隨著時間變化補償熱起電力的HIOKI自行開發的演算法^*2，不論被測物在甚麼溫度狀態下，都能瞬間將數值換算成基準溫度下的電阻值。
下一段我們講依照步驟說明實際測試步驟與數據。

• *1:與RM系列搭載的ΔT功能相同原理。透過「某個溫度的電阻值」與「溫度係數」等情報，將被測物的電阻值轉換成目標溫度。
• *2:RM3546搭載的A-OVC （Advanced - Offset Voltage Compensation）功能。與以往RM系列搭載的OVC功能，更進一步提升對熱起電力的變化的適應性。

裝置構成範例

A-TC功能狀態下除了焊接部分之外，為了測量溫度，也需要測量DUT的無焊接部分的電阻值。如此一來就會像圖1一樣，需要測量兩個位置。由於兩邊都需要高精度的電阻測量，所以各自配置4端子連接的配線。接著像圖2一般使用安裝有多路掃描模組Z3003的RM3546，進行配線安裝。

圖1　電阻測量處範例 (需測量焊接處與無焊接部位)

圖2　焊接電阻測量裝置的構成範例

測量經屬焊接部分時，多數場合的測量數值皆為μΩ等級左右。
在μΩ等級的超低電阻測量情況下，溫度變化的影響與探棒取樣的位置偏移，就會對測量精度造成非常大的影響。為此，可以依照產品形狀製作適合的探棒這點非常重要。
相關注意點請參考另一篇應用案例：實現高精度低電阻測量的探棒取樣要點

測量步驟

測量步驟如以下所顯示。(更多詳細步驟請參考RM3546使用說明書)

• 1.測量溫度測量部位的標準電阻值
• 2.調查溫度測量部分的溫度係數^*3
• 3.測量良品樣本的焊接部分之溫度係數^*4
• 4.產線中焊接後直接使用A-TC測量^*4

圖3　A-TC補償的流程

• *3:若要調查溫度係數請使用熱敏電阻進行測試，或是使用技術年鑑中的參考數值。（合金的誤差較大時，不推薦使用）
• *4:使用RM3546的電腦軟體進行測量。

測量範例

以圖4的焊接樣本進行測量的結果。

• 測量對象：點焊接樣本（焊接電流：10 kA）
• 測量方法：使用熱風槍將被測物加熱到200°C以上，在冷卻的過程中使用A-TC功能，標準温度設定為22°C，進行測量
• 取樣方法：參考圖5

圖4　點位焊接樣本

 

圖5　取樣方法

測量結果

將215°C～33°C為止，逐漸冷卻的過程使用A-TC功能取得測量數據。其結果顯示，以標準溫度：22°C進行A-TC補償後的測量值收束在85.7 μΩ～86.2 μΩ之間。
在實際22°C的環境下進行測量得到結果為86.1 μΩ，誤差：在0.5％以内，顯示可以穩定算出補償值。
這次實驗中215℃的測量取樣中樣本冷卻到室温（22°C）時花費了15分鐘以上。但是。透過A-TC功能可以進行即時的溫度補償，在溫度變化劇烈的狀態下也可以測得相當正確的測量值。
使用A-TC功能可以減少生產的等待時間，並提升生產性。

圖6　測量數據

結語

使用電阻計進行焊接電阻測量，是能夠提升焊接檢查可信度的手法。焊接電阻測量約為μΩ等級，是非常微小的測量所以需要能高精度測量的儀器。並且使用A-TC功能，能夠快速且非破壞的近焊接電阻檢查並將其數值化，為焊接品質提供定量的數據。
HIOKI的電阻計 RM3546，擁有1 nΩ的解析度與高度溫度補償功能（A-TC功能），實現高精度低電阻測量。