Grotere precisie voor het testen van EV-batterijen op lekkage

Blootstelling aan waterdamp is een doodvonnis voor de lithium-ion (Li-ion) batterijen die worden gebruikt in hybride elektrische en elektrische voertuigen (EV's). Als er vocht in de batterijcel komt en reageert met het elektrolyt, ontstaat er zuur. En dat zuur kan een exotherme reactie veroorzaken, wat leidt tot een thermische wegloop - een interne brand.

Catastrofale celbeschadiging is een worstcasescenario, maar elk cellek dat zuurintrusie mogelijk maakt, is problematisch. "Als een zuurlek wijdverbreid is in het pakket, is dat zowel een garantieprobleem als een ontevreden klant", zegt Thomas Parker, salesmanager automarkt bij Inficon, maker van instrumenten voor gasanalyse.

Hoewel het gebruik van een testergas en bijbehorende apparatuur tegenwoordig gebruikelijk is voor het detecteren van lekken van accu's, is het vinden van een lek op celniveau een heel andere taak. Drie hoofdtypen batterijcel - cilindrisch, prismatisch en pouch - worden momenteel gebruikt in EV's, waarbij pouch-cellen aan populariteit winnen vanwege hun lichtere gewicht. De onder vacuüm geperste celzakken worden doorgaans visueel geïnspecteerd door werknemers om te bepalen of ze tijdens opslag en verzending naar buiten zijn gesprongen.

"Het is belangrijk om te weten dat een lek dat binnen een week een opgezwollen zakje zou veroorzaken, niet de grootte weerspiegelt van een lek dat optreedt bij het binnendringen van vocht gedurende maanden of jaren", vertelde Parker aan SAE's Automotive Engineering tijdschrift. "We willen weten over een lek dat een miljoen keer kleiner is dan wat een visuele test zou aangeven."

Technische testoplossing

Inficon beweert dat de nieuw uitgebrachte ELT3000-technologie Li-ion-cellekken kan detecteren die 1000 keer kleiner zijn dan wat mogelijk is met conventionele testmethoden met testgassen. Het lekdetectiesysteem maakt gebruik van een vacuümkamer, een gasregeleenheid en een gasdetectie-eenheid. Inficon-ingenieurs schreven de software die de gasregeleenheid en de gasdetectie-eenheid bedient.

Het gebruik van een vierpolige massaspectrometer door het systeem en de manier waarop de vacuümkamer is aangesloten op de gasdetectie-eenheid, benadrukken het unieke karakter van de testmethode. Het bedrijf heeft een geregistreerd patent voor deze oplossing, merkte Dr. Daniel Wetzig op, Inficon's onderzoeksmanager voor lekdetectietools.

Tijdens het ELT300-lekdetectieproces op met elektrolyt gevulde zakcellen, beschermt de testapparatuur de zachte celzak. "Het systeem zorgt voor een zachte inkapseling van de buidelcel met een flexibel membraan, zodat het geteste monster niet wordt beschadigd", zei Parker. Het oppervlak van het flexibele membraan bevat een structuur die dient als een afzonderlijke grenslaag. “We willen dat de buidelcel gezellig en veilig is. We willen ook niet dat het flexibele membraan een gat afdicht, waardoor een lek tijdens het testen in wezen wordt afgedekt, "legde hij uit.

Volgens de ontwikkelaars van ELT3000 biedt het systeem een ​​zeer nauwkeurige lektest op Li-ion-batterijcellen, in schril contrast met traditionele testprocedures. "Het belangrijkste voordeel van de lektest is dat de batterijcellen al gevuld zijn met elektrolytoplosmiddel, dus er zijn geen testgassen nodig", merkte Wetzig op. De ELT3000 kan verschillende soorten elektrolyt-oplosmiddel aan, waaronder dimethylcarbonaat (DMC), ethylmethylcarbonaat (EMC) en polypropyleen (PP). Inficon begon in 2020 met de uitrol van zijn productieapparatuur voor batterijlekdetectie voor zak-, prismatische en cilindrische cellen.

De huidige conventionele tests van lege prismatische of cilindrische cellen met harde behuizing worden gedaan door de cellen te vullen met heliumtestgas om lekken te detecteren terwijl de cellen zich in een vacuümkamer bevinden. Na "droge" testen worden elektrolyten in de cellen ingebracht. Een minder gebruikelijke testmethode omvat het plaatsen van de met elektrolyt gevulde cellen in een vacuümkamer en het blootstellen van de cellen aan helium onder druk, ook wel 'heliumbombardement' genoemd. Lekkages worden gedetecteerd wanneer het heliumtestgas in de vacuümkamer ontsnapt.

Het ELT3000-lekdetectiesysteem van Inficon is ontwikkeld door de onderzoekers van het bedrijf in Keulen, Duitsland, met behulp van sensortechnologie van het Noord-Amerikaanse hoofdkantoor van het bedrijf in Syracuse, NY. Productontwikkeling ontvouwde zich over 30 maanden. “De ELT3000 lektest geeft een duidelijk antwoord over de celdichtheid en dus over de levensduur van de batterij”, aldus Wetzig.