E-mobiliteit vergroot problemen voor lekdetectie

De huidige snelle en onverwachte groei in de productie van voertuigen met alternatieve aandrijfsystemen stelt autofabrikanten en hun productiepartners voor een breed scala aan lekdetectie-uitdagingen om de voertuigkwaliteit te waarborgen.

Tractiebatterijsystemen die zijn vervaardigd voor bijvoorbeeld batterij-elektrische voertuigen (BEV's) en plug-in hybride elektrische voertuigen (PHEV's), moeten worden beschermd tegen water en vochtigheid die de levensduur van de batterij kunnen verkorten of brand kunnen veroorzaken. Brandstofcel-elektrische voertuigen (FCEV's) hebben ook unieke lektestvereisten, vooral voor waterstoftanks, brandstofcellen en de batterijen die hun elektromotoren aandrijven.

INFICON heeft een uitgebreide gids van 50 pagina's gepubliceerd voor lektesten van elektrische en brandstofcelvoertuigen voor productie- en kwaliteitscontroletechnici. De gids bespreekt lekdetectiemethoden voor een breed scala aan toepassingen, waaronder batterijcellen, batterijbehuizingen, elektromotoren, motorkoelcircuits, brandstofcellen en waterstoftanks. Elektronische componenten, regelmodules en ADAS-sensoren komen ook aan bod.

Veiligheidsproblemen EV groeien met de verkoop

Het zijn niet alleen personenauto's die elektrisch gaan rijden. Uit een recent onderzoek van McKinsey &Co. en het World Economic Forum blijkt een grote verschuiving van verbrandingsmotoren naar elektrische aandrijfsystemen voor bedrijfsvoertuigen. Naarmate de productie van elektrische auto's toeneemt, zullen ook de kwaliteitsproblemen toenemen.

Betrouwbare lektests zijn van cruciaal belang gedurende het hele productieproces. EV-batterijcellen, batterijpakketten, batterijkoelcircuits, elektromotoren en andere systemen die zijn aangepast voor EV-toepassingen, vereisen allemaal lektests om zowel kwaliteit als veiligheid te garanderen. Lektests zorgen ervoor dat batterijcelelektrolyt niet lekt of in contact komt met water tijdens elke fase van de batterijproductie. Het is ook belangrijk om de integriteit van batterijmodules en batterijbehuizingen te verzekeren. Waarom? Elektrolyt van accucellen is zeer ontvlambaar en kan voertuigbranden veroorzaken.

Schade aan batterijcellen tijdens het transport naar de assemblagefabriek van een OEM moet ook worden overwogen. De "thermische runaway" van een enkele batterijcel kan ertoe leiden dat brandend elektrolyt temperaturen tot 1.100°C (2.012°F) bereikt.

Lektestmethoden voor batterijcellen

Tegenwoordig verwachten autofabrikanten dat een lithium-ionbatterij een levensduur heeft van maximaal 10 jaar. Om een ​​langere levensduur van de cel te bereiken, moeten de leksnelheden voor prismatische en cilindrische batterijcellen binnen een bereik van 10-6 tot 10-8 mbar-l/s liggen. Pouch-cellen moeten worden getest op grote of zogenaamde grove lekken, maar ook op extreem kleine "capillaire" lekken.

Nieuwe lekdetectiesystemen op basis van massaspectrometertechnologie kunnen nu lekt 1000 keer kleiner dan voorheen mogelijk was. Een INFICON ELT3000-testapparaat kan bijvoorbeeld lekken met een diameter van slechts enkele microns opsporen. INFICON heeft ook een flexibele testkamer ontwikkeld om schade aan pouch-cellen te voorkomen om vacuümtesten van pouch-cellen te ondersteunen.

Lektesten voor batterijbehuizingen

Accubehuizingen vereisen specifieke lekdetectie-eisen omdat ze accumodules en cellen beschermen tegen water. Afhankelijk van waar ze zich bevinden, moeten behuizingen voldoen aan de eisen van beschermingsklasse IP67 of IP69K. Behuizingen voor elektrische componenten zoals lithium-ion-accu's, power-control units, elektromotoren en elektronische modules zijn vaak ontworpen volgens IP67. (Testen volgens IP67 vereist dat een component volledig functioneel is na 30 minuten onderdompeling in water op een diepte van 1 m.)

De snelste en meest nauwkeurige manier om componenten op de productielijn te testen, is door te testen op heliumtracergas in een vacuümkamer. Een andere mogelijkheid voor het testen van zowel gemonteerde als niet-gemonteerde behuizingen is een accumulatietest, waarvoor langere cyclustijden nodig zijn.

Als een fabrikant de integriteit van pakkingen of afdichtingen op een reeds gemonteerd batterijpakket wil testen, is vacuümtesten geen optie. Drukverschillen bij dit type testen kunnen pakkingen beschadigen of reeds geïnstalleerde condensatoren vernietigen. Als alternatief wordt op sporengas gebaseerde "sniffer"-lekdetectie aanbevolen voor batterijpakketten en gemonteerde behuizingen.

FCEV's en hun componenten

Lektesten voor FCEV's die gebruikmaken van waterstoftechnologie zijn ook onmisbaar, niet alleen voor hun waterstoftanks, maar ook voor de brandstofcellen en batterijpakketten die hun elektromotoren van stroom voorzien. FCEV's en BEV's delen een aantal componenten met vergelijkbare lekdetectievereisten. Beide worden aangedreven door elektromotoren die worden aangedreven door lithium-ionbatterijen, hoewel FCEV-batterijen veel kleiner zijn en minder opslagcapaciteit hebben.

FCEV's wekken echter hun eigen elektrische energie en hun brandstofcelstapels op; koelcircuits voor hoge en lage temperaturen; en waterstoftanks, leidingen en recirculatiesystemen moeten allemaal op lekkage worden getest.

Sensoren en elektrische aandrijfmotoren

Of het nu een BEV of FCEV is, de sensoren, regelmodules en elektrische aandrijfmotoren van een voertuig vereisen allemaal een vorm van lektesten. Water is de voornaamste vijand van de elektrische componenten van elk voertuig. Water- en vochtigheidsdichtheid zijn daarom van cruciaal belang, vooral voor autonome of Advanced Driver Autonomous Systems (ADAS).

Voertuigsensoren worden vaak getest met minder gevoelige, sterk temperatuurafhankelijke drukvervaltesten. ADAS-fabrikanten volgen echter een zero-defectstrategie die 1000 keer betrouwbaarder is dan een Six Sigma-aanpak die 3,4 fouten per miljoen gevallen tolereert. Sensoren die worden gebruikt voor radar- en LiDAR-technologieën moeten niet alleen waterdicht zijn, ze moeten ook gasdicht zijn - volledig afgesloten van vocht.

Bewerkt op basis van informatie geleverd door INFICON.

Het e-book van INFICON is bedoeld voor productie-ingenieurs en kwaliteitscontrolemanagers, maar ook voor technische studenten. Gratis downloaden.