Maior precisão para teste de vazamento de bateria EV

A exposição ao vapor de água é uma sentença de morte para as baterias de íons de lítio (Li-ion) usadas em veículos híbridos elétricos e elétricos (EVs). Se a umidade entrar na célula da bateria e reagir com o eletrólito, ela cria ácido. E esse ácido pode criar uma reação exotérmica, levando a uma fuga térmica – um incêndio interno.

Danos celulares catastróficos são o pior cenário, mas qualquer vazamento de células que permita a intrusão de ácido é problemático. “Se um vazamento de ácido for generalizado na embalagem, isso é um problema de garantia e um cliente insatisfeito”, disse Thomas Parker, gerente de vendas do mercado automotivo da Inficon, fabricante de instrumentos para análise de gases.

Embora o uso de um gás de teste e equipamentos associados seja comum hoje em dia para detecção de vazamento de bateria, encontrar um vazamento no nível da célula é uma tarefa muito diferente. Três tipos principais de células de bateria - cilíndrica, prismática e bolsa - são atualmente usados ​​em EVs, com células de bolsa ganhando popularidade devido ao seu peso mais leve. As bolsas de células pressurizadas a vácuo normalmente passam por inspeção visual pelos trabalhadores para determinar se alguma delas se expandiu para fora durante o armazenamento e o envio.

“É importante saber que um vazamento que causaria uma bolsa inchada em uma semana não reflete o tamanho de um vazamento que ocorre com a entrada de umidade ao longo de meses ou anos”, disse Parker à Engenharia Automotiva da SAE revista. “Queremos saber sobre um vazamento que é um milhão de vezes menor do que um teste visual indicaria.”

Solução de tecnologia de teste

A Inficon afirma que sua tecnologia recém-lançada ELT3000 pode detectar vazamentos de células de íons de lítio 1.000 vezes menores do que é possível com métodos de teste convencionais usando gases de teste. O sistema de detecção de vazamentos emprega uma câmara de vácuo, uma unidade de controle de gás e uma unidade de detecção de gás. Os engenheiros da Inficon escreveram o software que opera a unidade de controle de gás e a unidade de detecção de gás.

O uso do sistema de um espectrômetro de massa quadrupolo e a maneira como a câmara de vácuo se conecta à unidade de detecção de gás destacam a singularidade do método de teste. A empresa tem uma patente registrada para esta solução, observou o Dr. Daniel Wetzig, gerente de pesquisa da Inficon para ferramentas de detecção de vazamentos.

Durante o processo de detecção de vazamento ELT300 em células de bolsa cheias de eletrólito, o equipamento de teste protege a bolsa de célula macia. “O sistema fornece um encapsulamento suave da célula da bolsa com uma membrana flexível para que a amostra testada não seja danificada”, disse Parker. A superfície da membrana flexível inclui uma estrutura que serve como uma camada limite separada. “Queremos que a cela de bolsa seja aconchegante e segura. Também não queremos que a membrana flexível sele um buraco, essencialmente cobrindo um vazamento durante o teste”, explicou ele.

De acordo com os desenvolvedores do ELT3000, o sistema fornece um teste de vazamento altamente preciso em células de bateria Li-ion, contrastando fortemente com os procedimentos de teste tradicionais. “A principal vantagem do teste de vazamento é que as células da bateria já estão preenchidas com solvente eletrolítico, portanto, não há necessidade de gases de teste”, observou Wetzig. O ELT3000 pode lidar com diferentes tipos de solvente de eletrólitos, incluindo dimetilcarbonato (DMC), etilmetilcarbonato (EMC) e polipropileno (PP). A Inficon começou a lançar seu equipamento de produção de detecção de vazamento de bateria para células de bolsa, prismáticas e cilíndricas em 2020.

O teste convencional atual de células prismáticas ou cilíndricas vazias é feito enchendo as células com gás de teste de hélio para detectar vazamentos enquanto as células estão em uma câmara de vácuo. Os eletrólitos são inseridos nas células após o teste “seco”. Um método de teste menos comum envolve colocar as células cheias de eletrólitos em uma câmara de vácuo e expor as células ao hélio sob pressão, conhecido como “bombardeamento de hélio”. Vazamentos são detectados quando o gás de teste de hélio escapa para a câmara de vácuo.

O sistema de detecção de vazamentos ELT3000 da Inficon foi desenvolvido pelos pesquisadores da empresa em Colônia, Alemanha, usando tecnologia de sensores da sede norte-americana da empresa em Syracuse, NY. O desenvolvimento do produto se desenrolou ao longo de 30 meses. “O teste de vazamento ELT3000 dá uma resposta clara sobre a estanqueidade da célula e, portanto, sobre a vida útil da bateria”, de acordo com Wetzig.