Мы все знаем об этом явлении из аккумуляторов наших смартфонов: рано или поздно их зарядная емкость уменьшится. Конечно, в интересах поставщиков, производителей и их клиентов минимизировать это влияние на дорогие тяговые батареи для электрических или гибридных электромобилей. Иногда целевой размер в настоящее время составляет примерно 80% емкости после 10000 циклов зарядки. Если батарея EV / HEV должна иметь приемлемый срок службы для конечного потребителя, герметичность должна быть гарантирована для самого маленького компонента батареи - отдельного элемента батареи. Это означает, что ни электролиту не разрешается выходить из элемента батареи, ни влага не допускается проникновение в элемент, а также отсутствие влажности воздуха. Таким образом, требование состоит в том, чтобы каждый элемент батареи был газонепроницаемым. Если это не такВ дополнение к их производительности, их срок службы также сокращается: негерметичный элемент выскальзывает из своего нормального диапазона емкости после гораздо меньшего количества циклов зарядки. И в долгосрочной перспективе проникающая влажность воздуха может даже полностью разрушить элемент батареи.
Картинная галерея
Есть три различных дизайна для элементов батареи. Круглые ячейки (также известные как тип 18650) и призматические ячейки имеют устойчивый корпус, в то время как так называемые мешочные ячейки имеют гибкий корпус. В случае призматических ячеек могут быть полезны предварительные испытания перед фактическим уплотнением. Но все три конструкции имеют общее свойство: элементы батареи, заполненные электролитом, должны быть проверены на герметичность после их герметизации, чтобы предотвратить попадание атмосферной влаги. Предельные скорости утечки, требуемые для этого, находятся в диапазоне от 10 -5 мбар · л / с до 10 -6 мбар · л / с. Более старые методы, такие как водяная баня, спрей для обнаружения утечек или измерение перепада давления, не подходят для этих требований.
Тест на гелий в вакуумной камере
Скорее, имеет смысл использовать современный интегральный метод испытания газа, который является настолько же быстрым, насколько и точным: в вакуумной камере с гелием в качестве газа испытания. Этот тип обеспечения качества особенно прост в реализации, если небольшое количество - приблизительно 5% - гелия уже может быть добавлено к заливке электролита, потому что тогда каждый испытательный объект уже содержит испытательный газ.
Многие производители аккумуляторных элементов уже проводят испытания на герметичность своих корпусов. Твердые корпуса призматических и круглых ячеек вакуумированы, заполнены 100% гелием и герметизированы. Ячейка помещается в вакуумную испытательную камеру, камера вакуумируется, а затем количество гелия, выходящего из ячейки за определенный период времени. После определения скорости утечки гелий можно извлечь из клетки. Этот тематический тест обычно работает с предельной скоростью утечки 10 -5мбар · л / с. Также возможно уменьшить концентрацию гелия - затем смешать исследуемый газ с сухим воздухом или с азотом. Для предварительных испытаний корпусов камер в мешочках обычно используют кончик анализатора гелия вдоль герметичных швов ячейки.
В настоящее время немецкие производители автомобилей получают свои аккумуляторные батареи почти исключительно от азиатских поставщиков, которые проверяют герметичность своих элементов во время производства.
Литий-ионные аккумуляторы
Исследователи выясняют, что может повредить батареи
Транспортные опасности
Тем не менее, повреждение элементов аккумулятора во время транспортировки не является редкостью. Из-за опасности пожара литий-ионные аккумуляторы и элементы больше не могут перевозиться в качестве груза на пассажирских самолетах. В то же время, специальные системы для пенообразования грузов используются специально для тушения пожаров в контейнерах с батарейными элементами на борту грузовых машин.
Поэтому многие эксперты и ученые - например, Институт преобразовательных технологий и электроприводов (ISEA) при RWTH Aachen University - считают, что очень важно разработать эффективный тест входящего товара, чтобы немецкие производители и поставщики могли распознать неисправные элементы перед сборкой. На самом деле, среди процессоров уже существует тенденция разряжать аккумуляторные батареи из Азии. Затем они заполняются электролитом, запечатываются и форматируются немецким получателем только после транспортировки. После заполнения и закрытия в любом случае необходимо провести испытание на герметичность.
Различные тесты на утечку также требуются в последующих процессах создания стоимости. Для дальнейшей обработки элементы батареи сначала собирают для формирования модулей батареи, которые, в свою очередь, используются для изготовления блоков батарей. Некоторые немецкие OEM-производители сами позаботятся об этих этапах производства, другие приобретают свои аккумуляторные батареи у немецких поставщиков первого уровня. Как аккумуляторные модули, так и аккумуляторные блоки обычно снабжены несколькими охлаждающими каналами, которые снабжаются либо смесью воды с гликолем, либо хладагентом. Герметичность этих систем имеет решающее значение, поскольку охлаждение аккумуляторных батарей должно быть гарантировано в течение длительного времени, а утечка охлаждающей среды также может привести к коротким замыканиям. При охлаждении водно-гликолевой смесью предел утечки составляет 10 -3Испытано мбар · л / с, для контуров хладагента требуемая герметичность должна быть обеспечена путем испытаний на скорость утечки в диапазоне 10 -5 мбар · л / с. Наконец, целостность корпуса батарейного блока должна быть проверена в соответствии с классом защиты IP67. Соответствующая водонепроницаемость дана после испытания против приблизительно 10 -3 мбар · л / с.
Подсказка к книге: "AkkuWelt - стандартная работа в области аккумуляторных технологий". В специализированной книге "Battery World" Свена Бауэра рассматриваются критерии выбора оптимальной аккумуляторной технологии, мировой рынок аккумуляторных технологий, проблемы в аккумуляторной технологии, принцип работы и важные параметры, управление аккумулятором. и области применения, управления рисками, тестирования и обслуживания, а также стандарты и законы. «АккуВелт - стандартная работа на батарейном оборудовании» можно заказать бесплатно здесь или в виде электронной книги.
Обнаружение нюхающей утечки с образованием газа
Чтобы проверить контур охлаждения аккумуляторных батарей, не обязательно использовать гелий в качестве тестового газа - испытания с формирующимся газом часто более экономически целесообразны. Недорогой формовочный газ представляет собой смесь из 95% азота и 5% водорода. Такое соотношение смеси делает образующий газ невоспламеняющимся. Фактический тестовый газ, используемый в этом методе, представляет собой 5% водорода, содержащегося в смеси. Для испытания на утечку рекомендуется сначала вакуумировать охлаждающие контуры, а затем заполнить их образующимся газом. Затем можно проверить все сварные швы и паяные соединения, чтобы увидеть, выходит ли там образующийся газ или водород. Наконечник нюхателя детектора утечки водорода можно вручную направлять по точкам потенциальной утечки в предсерийном и мелкосерийном производстве. Однако при крупномасштабном производстве рекомендуется автоматизированный процесс. Если вместо охлаждающей жидкости, состоящей из воды и гликоля, используется хладагент, утечки могут быть обнаружены непосредственно и точно локализованы без предварительной эвакуации и заполнения формовочным газом. Потому что есть нюхающие детекторы утечки, которые могут использовать обычные хладагенты в качестве тестового газа.
При тестировании корпусов аккумуляторов для больших корпусов предпочтение отдается обнаружению утечки. В случае небольших количеств это можно сделать вручную с использованием формовочного газа, для серийного производства больших корпусов рекомендуется автоматическое обнаружение утечки с гелиевым обнюхиванием с помощью манипулятора робота. Однако, если тестовая часть является только маленькой или средней, то так называемая проверка накопления может быть полезной альтернативой. (Ш)
аккумулятор
Прорыв в литий-серных батареях
электромобильности
Новая концепция гибридного хранения для увеличения диапазона и производительности
* Сандра Зейтц - менеджер по маркетингу автомобильных течей в Inficon GmbH.