Повышенная точность проверки аккумуляторов электромобилей на утечки

Воздействие водяного пара является смертным приговором для литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов, используемых в гибридных электромобилях и электромобилях (EV). Если влага попадает в элемент аккумулятора и вступает в реакцию с электролитом, образуется кислота. И эта кислота может вызвать экзотермическую реакцию, ведущую к тепловому взрыву — внутреннему пожару.

Катастрофическое повреждение клеток является наихудшим сценарием, но любая утечка клеток, которая допускает проникновение кислоты, является проблематичной. «Если утечка кислоты происходит повсеместно, это одновременно и проблема с гарантией, и недовольный клиент», — сказал Томас Паркер, менеджер по продажам на автомобильном рынке компании Inficon, производителя приборов для анализа газов.

В то время как использование тестового газа и соответствующего оборудования сегодня является обычным явлением для обнаружения утечек аккумуляторных батарей, обнаружение утечки на уровне элемента представляет собой совершенно другую задачу. В настоящее время в электромобилях используются три основных типа аккумуляторных элементов — цилиндрические, призматические и мешочные, причем мешочные элементы набирают популярность благодаря своему меньшему весу. Рабочие обычно проверяют пакеты с ячейками под вакуумом, чтобы определить, не раздулись ли они наружу во время хранения и транспортировки.

«Важно знать, что утечка, которая может привести к вздутию мешка через неделю, не отражает размер утечки, которая возникает из-за проникновения влаги в течение нескольких месяцев или лет», — сказал Паркер Automotive Engineering SAE. журнал. «Мы хотим знать об утечке, которая в миллион раз меньше, чем показала бы визуальная проверка».

Тестирование технологического решения

Inficon утверждает, что ее недавно выпущенная технология ELT3000 может обнаруживать утечки литий-ионных элементов в 1000 раз меньше, чем это возможно с помощью обычных методов тестирования с использованием тестовых газов. В системе обнаружения утечек используется вакуумная камера, блок управления подачей газа и блок обнаружения газа. Инженеры Inficon написали программное обеспечение, управляющее блоком управления подачей газа и блоком обнаружения газа.

Использование в системе квадрупольного масс-спектрометра и способ соединения вакуумной камеры с блоком обнаружения газа подчеркивают уникальность метода тестирования. «У компании есть зарегистрированный патент на это решение, — отметил д-р Даниэль Ветциг, руководитель исследований Inficon в области средств обнаружения утечек.

Во время процесса обнаружения утечек ELT300 на заполненных электролитом мешочных элементах испытательное оборудование защищает мягкий мешочный элемент. «Система обеспечивает мягкую инкапсуляцию ячейки с гибкой мембраной, чтобы тестируемый образец не был поврежден», — сказал Паркер. Поверхность гибкой мембраны включает в себя структуру, которая служит отдельным пограничным слоем. «Мы хотим, чтобы клетка-сумка была уютной и безопасной. Мы также не хотим, чтобы гибкая мембрана закрывала отверстие, фактически закрывая утечку во время тестирования», — пояснил он.

По словам разработчиков ELT3000, система обеспечивает высокоточный тест на герметичность литий-ионных аккумуляторных элементов, что резко контрастирует с традиционными процедурами тестирования. «Основное преимущество теста на утечку заключается в том, что аккумуляторные элементы уже заполнены растворителем электролита, поэтому нет необходимости в контрольных газах», — отметил Ветциг. ELT3000 может работать с различными типами растворителей электролитов, включая диметилкарбонат (DMC), этилметилкарбонат (EMC) и полипропилен (PP). В 2020 году компания Inficon начала развертывание своего производственного оборудования для обнаружения утечек аккумуляторов для пакетных, призматических и цилиндрических элементов.

Текущие стандартные испытания пустых призматических или цилиндрических ячеек в твердом корпусе выполняются путем заполнения ячеек газовым тестером гелием для обнаружения утечек, когда ячейки находятся в вакуумной камере. Электролиты вводятся в ячейки после «сухого» тестирования. Менее распространенный метод тестирования включает помещение заполненных электролитом элементов в вакуумную камеру и воздействие на них гелием под давлением, что называется «бомбардировкой гелием». Утечки обнаруживаются, когда тестовый газ гелия попадает в вакуумную камеру.

Система обнаружения утечек Inficon ELT3000 была разработана исследователями компании в Кельне, Германия, с использованием сенсорной технологии из штаб-квартиры компании в Северной Америке в Сиракузах, штат Нью-Йорк. Разработка продукта длилась более 30 месяцев. «Тест на герметичность ELT3000 дает четкий ответ о герметичности элемента и, следовательно, о сроке службы аккумулятора», — говорит Ветциг.