Электронная мобильность увеличивает количество проблем с обнаружением утечек

Сегодняшний стремительный и неожиданный рост производства автомобилей с альтернативными системами привода ставит перед автопроизводителями и их партнерами-производителями множество задач по обнаружению утечек для обеспечения качества автомобилей.

Например, системы тяговых аккумуляторов, изготовленные для аккумуляторных электромобилей (BEV) и подключаемых гибридных электромобилей (PHEV), должны быть защищены от воды и влажности, которые могут сократить срок службы аккумулятора или вызвать пожар. Электромобили на топливных элементах (FCEV) также предъявляют особые требования к тестированию на герметичность, особенно для водородных баков, топливных элементов и аккумуляторов, приводящих в действие их электродвигатели.

INFICON опубликовал подробное 50-страничное руководство по проверке электромобилей и транспортных средств на топливных элементах на герметичность для инженеров по производству и контролю качества. В руководстве обсуждаются методы обнаружения утечек для самых разных областей применения, включая аккумуляторные элементы, корпуса аккумуляторов, электродвигатели, контуры охлаждения двигателей, топливные элементы и водородные резервуары. Также рассматриваются электронные компоненты, модули управления и датчики ADAS.

Опасения по поводу безопасности электромобилей растут вместе с продажами

Электромобилями станут не только легковые автомобили. Недавний опрос, проведенный McKinsey &Co. и Всемирным экономическим форумом, свидетельствует о серьезном переходе от двигателей внутреннего сгорания к электрическим системам привода для коммерческих автомобилей. По мере роста производства электромобилей будут расти и проблемы с качеством.

Надежное тестирование на герметичность имеет решающее значение на протяжении всего производственного процесса. Аккумуляторы электромобилей, аккумуляторные блоки, контуры охлаждения аккумуляторов, электродвигатели и другие системы, модифицированные для применения в электромобилях, требуют проверки на герметичность для обеспечения качества и безопасности. Проверка герметичности позволяет убедиться, что электролит элемента батареи не вытекает и не контактирует с водой на каждом этапе производства батареи. Также важно обеспечить целостность батарейных модулей и корпусов батарейных блоков. Почему? Электролит аккумуляторной батареи легко воспламеняется и может вызвать возгорание автомобиля.

Также необходимо учитывать повреждение аккумуляторных элементов при транспортировке на сборочный завод OEM-производителя. Из-за «теплового разгона» отдельного элемента батареи температура горящего электролита может достигать 1100 °C (2012 °F).

Методы проверки герметичности аккумуляторных элементов

Сегодня автопроизводители рассчитывают на срок службы литий-ионных аккумуляторов до 10 и более лет. Для продления срока службы элемента скорость утечки для призматических и цилиндрических аккумуляторных элементов должна находиться в диапазоне от 10-6 до 10-8 мбар-л/с. Мешочные ячейки необходимо проверять на большие или так называемые грубые утечки, а также на чрезвычайно малые «капиллярные» утечки.

Новые системы обнаружения утечек, основанные на технологии масс-спектрометра, теперь способны улавливать утечки в 1000 раз меньше, чем это было возможно ранее. Например, тестовое устройство INFICON ELT3000 может определять утечки диаметром всего в несколько микрон. Гибкая испытательная камера, предназначенная для предотвращения повреждения ячеек мешка, также была разработана INFICON для проведения вакуумных испытаний ячеек мешка.

Проверка герметичности корпусов аккумуляторных батарей

К корпусам аккумуляторных батарей предъявляются особые требования по обнаружению утечек, поскольку они защищают аккумуляторные модули и элементы от воды. В зависимости от того, где они расположены, корпуса должны соответствовать требованиям класса защиты IP67 или IP69K. Корпуса для электрических компонентов, таких как литий-ионные батареи, блоки управления питанием, электродвигатели и электронные модули, часто проектируются в соответствии со степенью защиты IP67. (Испытания по стандарту IP67 требуют, чтобы компонент оставался полностью работоспособным после погружения в воду на глубину 1 м в течение 30 минут.)

Самый быстрый и точный способ проверки компонентов на производственной линии — это проверка на наличие индикаторного газа гелия в вакуумной камере. Другим вариантом проверки корпусов в сборе и в разобранном виде является накопительный тест, требующий более продолжительного цикла.

Если производитель хочет проверить целостность прокладок или уплотнений на уже собранном аккумуляторном блоке, вакуумные испытания не подходят. Перепады давления при таком типе испытаний могут повредить прокладки или повредить уже установленные конденсаторы. В качестве альтернативы для аккумуляторных блоков и корпусов в сборе рекомендуется обнаружение утечек с помощью анализатора газовых примесей.

FCEV и их компоненты

Проверка на герметичность электромобилей FCEV, в которых используется водородная технология, также необходима не только для их водородных баков, но и для топливных элементов и аккумуляторных батарей, которые питают их электродвигатели. FCEV и BEV имеют ряд общих компонентов со схожими требованиями к обнаружению утечек. Оба приводятся в движение электродвигателями, работающими от литий-ионных аккумуляторов, хотя аккумуляторы FCEV намного меньше и имеют меньшую емкость.

Однако FCEV генерируют собственную электроэнергию и свои батареи топливных элементов; контуры высоко- и низкотемпературного охлаждения; водородные баки, трубопроводы и системы рециркуляции должны быть проверены на герметичность.

Датчики и электродвигатели

Будь то BEV или FCEV, датчики транспортного средства, модули управления и электродвигатели требуют той или иной формы проверки на герметичность. Вода — главный враг электрических компонентов любого автомобиля. Поэтому водонепроницаемость и влагозащита имеют решающее значение, особенно для автономных систем или систем Advanced Driver Autonomous (ADAS).

Датчики транспортных средств часто проверяют с помощью менее чувствительных, сильно зависящих от температуры испытаний на падение давления. Однако производители ADAS придерживаются стратегии отсутствия дефектов, которая в 1000 раз более надежна, чем подход «Шесть сигм», допускающий 3,4 ошибки на миллион случаев. Датчики, используемые для радаров и технологий LiDAR, должны быть не только водонепроницаемыми, но и газонепроницаемыми — полностью изолированными от влаги.

Отредактировано на основе информации, предоставленной INFICON.

Электронная книга INFICON предназначена для инженеров-технологов и менеджеров по контролю качества, а также для студентов инженерных специальностей. Скачать бесплатно.