Электромобильность порождает новые вызовы в детектировании утечек для безопасности автомобилей

Сегодняшний быстрый и неожиданный рост производства автомобилей с альтернативными приводами дает автопроизводителям и их производственным партнерам широкий спектр вызовов в детектировании утечек для обеспечения качества автомобиля.

Тракторные батарейные системы, производимые для батарейных электромобилей (BEV) и плагиновых гибридных электромобилей (PHEV), например, должны быть защищены от воды и влаги, которые могут сократить срок службы батареи или вызвать пожары. Топливные ячейки электромобилей (FCEV) также имеют уникальные требования к тестированию на утечки, особенно для водородных баков, топливных ячеек и батарей, приводящих их электрические моторы.

INFICON опубликовал исчерпывающее 50-страничное руководство по тестированию на утечки электрических и топливных ячеек автомобилей для производственных и качественных инженеров. Руководство обсуждает методы детектирования утечек для широкого спектра применений, включая батарейные ячейки, корпуса батарей, электрические моторы, контуры охлаждения моторов, топливные ячейки и водородные баки. Электронные компоненты, модули управления и датчики ADAS также охвачены.

Опасности безопасности EV растут с продажами

Не только легковые автомобили станут электрическими. Недавнее исследование McKinsey & Co. и Всемирного экономического форума видит крупный сдвиг от двигателей внутреннего сгорания к электрическим приводам для коммерческих автомобилей. По мере увеличения производства EV, заботы о качестве умножатся тоже.

Надежное тестирование на утечки критично на протяжении всего производственного процесса. Батарейные ячейки EV, батарейные модули, контуры охлаждения батарей, электрические моторы и другие системы, модифицированные для применений EV, все требуют тестирования на утечки для обеспечения и качества, и безопасности. Тестирование на утечки обеспечивает, что электролит батарейной ячейки не утекает и не контактирует с водой на каждой стадии производства батареи. Также важно обеспечить целостность батарейных модулей и корпусов батарейных модулей. Почему? Электролит батарейной ячейки высоко легковоспламеняем и может вызывать пожары автомобилей.

Повреждение батарейных ячеек во время транзита к сборочному заводу OEM также нужно учитывать. «Термический разбег» одной батарейной ячейки может вызвать горящий электролит достигать температур до 1100°C (2012°F).

Методы тестирования на утечки для батарейных ячеек

Сегодня автопроизводители ожидают, что литий-ионная батарея будет иметь срок службы до 10 лет или более. Для достижения расширенного срока службы ячейки, скорости утечки для призматических и цилиндрических батарейных ячеек должны попадать в диапазон 10^-6 до 10^-8 мбар·л/с. Мешочковые ячейки нужно тестировать на крупные или так называемые грубые утечки, а также на экстремально малые «капиллярные» утечки.

Новые системы детектирования утечек на основе масс-спектрометрической технологии теперь способны улавливать утечки в 1000 раз меньше, чем ранее возможно. Тестовое устройство INFICON ELT3000, например, может идентифицировать утечки с диаметром всего в несколько микрон. Гибкая тестовая камера, разработанная для предотвращения повреждения мешочковых ячеек, также была разработана INFICON для поддержки вакуумного тестирования мешочковых ячеек.

Тестирование на утечки для корпусов батарейных модулей

Корпуса батарейных модулей требуют специфических требований к детектированию утечек, поскольку они защищают батарейные модули и ячейки 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, электрические моторы и электронные модули, часто проектируются в соответствии с IP67. (Тестирование согласно IP67 требует, чтобы компонент был полностью функционален после погружения в воду на глубине 1 м на 30 минут.)

Самый быстрый и точный способ тестировать компоненты на производственной линии — тестировать на следовой газ гелий в вакуумной камере. Другая опция для тестирования как собранных, так и несобранных корпусов — накопление теста, которое требует более длинные циклы.

Если производитель хочет протестировать целостность прокладок или уплотнений на уже собранном батарейном модуле, вакуумное тестирование не является опцией. Разницы давления с этим типом тестирования могут повредить прокладки или уничтожить уже установленные конденсаторы. В качестве альтернативы, следовой-газовый «нюхательный» детектирование утечек рекомендуется для батарейных модулей и собранных корпусов.

FCEV и их компоненты

Тестирование на утечки для FCEV, использующих водородную технологию, также незаменимо не только для их водородных баков, но также для топливных ячеек и батарейных модулей, поставляющих питание их электрическим моторам. FCEV и BEV делят ряд компонентов с похожими требованиями к детектированию утечек. Оба приводятся электрическими моторами, питаемыми литий-ионными батареями, хотя батареи FCEV намного меньше и имеют меньше емкость хранения.

FCEV, однако, генерируют свою собственную электрическую энергию и их стопки топливных ячеек; высоко- и низкотемпературные контуры охлаждения; и водородные баки, линии и системы рециркуляции все должны быть протестированы на утечки.

Датчики и электрические приводные моторы

Будь то BEV или FCEV, датчики автомобиля, модули управления и электрические приводные моторы все требуют какой-то формы тестирования на утечки. Вода — главный враг электрических компонентов каждого автомобиля. Водонепроницаемость и герметичность к влаге, поэтому, критически важны, особенно для автономных или систем передовых систем помощи водителю (ADAS).

Автомобильные датчики часто тестируются с менее чувствительными, сильно температурозависимыми тестами падения давления. Производители ADAS, однако, следуют стратегии нулевых дефектов, которая в 1000 раз надежнее подхода Six Sigma, допускающего 3,4 ошибки на миллион случаев. Датчики, используемые для радарных и LiDAR технологий, не только должны быть водонепроницаемыми, они также должны быть газонепроницаемыми — полностью изолированными от влаги.

Отредактировано из информации, предоставленной INFICON.

Электронная книга INFICON предназначена для производственных инженеров и менеджеров качества, а также для студентов-инженеров. Скачайте бесплатно.