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A mobilidade elétrica aumenta os problemas de detecção de vazamentos


O crescimento rápido e inesperado de hoje na produção de veículos com sistemas de acionamento alternativos está dando às montadoras e seus parceiros de fabricação uma ampla gama de desafios de detecção de vazamentos para garantir a qualidade do veículo.

Os sistemas de bateria de tração fabricados para Veículos Elétricos a Bateria (BEVs) e Veículos Elétricos Híbridos Plug-In (PHEVs), por exemplo, devem ser protegidos contra água e umidade que podem reduzir a vida útil da bateria ou causar incêndios. Os Veículos Elétricos de Célula de Combustível (FCEVs) também têm requisitos exclusivos de teste de vazamento, especialmente para tanques de hidrogênio, células de combustível e baterias que acionam seus motores elétricos.

A INFICON publicou um guia abrangente de 50 páginas para testes de vazamento de veículos elétricos e de célula de combustível para engenheiros de fabricação e controle de qualidade. O guia discute métodos de detecção de vazamentos para uma ampla variedade de aplicações, incluindo células de bateria, carcaças de bateria, motores elétricos, circuitos de resfriamento de motores, células de combustível e tanques de hidrogênio. Componentes eletrônicos, módulos de controle e sensores ADAS também são abordados.

As preocupações com a segurança dos veículos elétricos crescem com as vendas


Não são apenas os carros de passeio que serão elétricos. Uma pesquisa recente da McKinsey &Co. e do Fórum Econômico Mundial vê uma grande mudança de motores de combustão para sistemas de acionamento elétrico para veículos comerciais. À medida que a produção de veículos elétricos aumenta, as preocupações com a qualidade também se multiplicam.

Testes de vazamento confiáveis ​​são essenciais em todo o processo de produção. Células de bateria EV, baterias, circuitos de resfriamento de bateria, motores elétricos e outros sistemas modificados para aplicações EV requerem testes de vazamento para garantir qualidade e segurança. O teste de vazamento garante que o eletrólito da célula da bateria não vaze ou entre em contato com a água durante todas as etapas da produção da bateria. Também é importante garantir a integridade dos módulos de bateria e dos compartimentos das baterias. Por quê? O eletrólito da célula da bateria é altamente inflamável e pode causar incêndios no veículo.

Danos às células da bateria durante o trânsito para a fábrica de montagem de um OEM também precisam ser considerados. O “descontrole térmico” de uma única célula de bateria pode fazer com que o eletrólito em chamas atinja temperaturas de até 1.100°C (2.012°F).

Métodos de teste de vazamento para células de bateria


Hoje, as montadoras esperam que uma bateria de íons de lítio tenha uma vida útil de até 10 anos ou mais. Para alcançar a vida útil da célula estendida, as taxas de vazamento para células de bateria prismáticas e cilíndricas devem estar dentro de uma faixa de 10-6 a 10-8 mbar-l/s. As células de bolsa precisam ser testadas quanto a vazamentos grandes ou chamados de vazamentos grosseiros, bem como vazamentos "capilares" extremamente pequenos.

Novos sistemas de detecção de vazamentos baseados na tecnologia de espectrômetro de massa agora são capazes de detectar vazamentos 1.000 vezes menores do que era possível anteriormente. Um dispositivo de teste INFICON ELT3000, por exemplo, pode identificar vazamentos com diâmetro de apenas alguns mícrons. Uma câmara de teste flexível projetada para evitar danos às células da bolsa também foi desenvolvida pela INFICON para suportar o teste de vácuo das células da bolsa.

Teste de vazamento para caixas de bateria


Os compartimentos das baterias exigem requisitos específicos de detecção de vazamentos, pois protegem os módulos e as células da bateria da água. Dependendo de onde estão localizados, os invólucros devem atender aos requisitos de classe de proteção IP67 ou IP69K. Caixas para componentes elétricos como baterias de íon de lítio, unidades de controle de potência, motores elétricos e módulos eletrônicos geralmente são projetados de acordo com IP67. (O teste de acordo com IP67 exige que um componente esteja totalmente funcional após imersão em água a uma profundidade de 1 m por 30 minutos.)

A maneira mais rápida e precisa de testar componentes na linha de produção é testar o gás hélio traçador em uma câmara de vácuo. Outra opção para testar caixas montadas e desmontadas é um teste de acumulação, que requer tempos de ciclo mais longos.

Se um fabricante quiser testar a integridade de juntas ou vedações em uma bateria já montada, o teste a vácuo não é uma opção. As diferenças de pressão com este tipo de teste podem danificar as gaxetas ou destruir os capacitores já instalados. Como alternativa, recomenda-se a detecção de vazamento “farejador” baseada em gás traço para conjuntos de baterias e caixas montadas.

FCEVs e seus componentes


O teste de vazamento para FCEVs que usam tecnologia de hidrogênio também é indispensável não apenas para seus tanques de hidrogênio, mas também para as células de combustível e baterias que fornecem energia para seus motores elétricos. FCEVs e BEVs compartilham vários componentes com requisitos semelhantes de detecção de vazamentos. Ambos são acionados por motores elétricos alimentados por baterias de íons de lítio, embora as baterias FCEV sejam muito menores e tenham menor capacidade de armazenamento.

Os FCEVs, no entanto, geram sua própria energia elétrica e suas pilhas de células de combustível; circuitos de refrigeração de alta e baixa temperatura; e tanques de hidrogênio, linhas e sistemas de recirculação, todos devem ser testados quanto a vazamentos.

Sensores e motores de acionamento elétrico


Seja um BEV ou FCEV, os sensores, módulos de controle e motores elétricos de um veículo exigem algum tipo de teste de vazamento. A água é o principal inimigo dos componentes elétricos de todos os veículos. A estanqueidade à água e à umidade, portanto, é extremamente importante, especialmente para sistemas autônomos ou avançados de driver autônomo (ADAS).

Os sensores do veículo geralmente são testados com testes de queda de pressão menos sensíveis e fortemente dependentes da temperatura. Os fabricantes de ADAS, no entanto, seguem uma estratégia de zero defeito que é 1.000 vezes mais confiável do que uma abordagem Seis Sigma que tolera 3,4 erros por milhão de casos. Os sensores usados ​​para as tecnologias de radar e LiDAR não apenas devem ser à prova d'água, mas também devem ser à prova de gás - completamente vedados contra umidade.

Editado a partir de informações fornecidas pela INFICON.

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