Precisão Aprimorada em Testes de Vazamento de Baterias de VE para Pacotes de Íon-Lítio Mais Seguros

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

Dano catastrófico à célula é um cenário pior, mas qualquer vazamento de célula que permita intrusão de ácido é problemático. "Se um vazamento de ácido é generalizado no pacote, isso é tanto uma questão de garantia quanto um cliente insatisfeito", disse Thomas Parker, gerente de vendas do mercado automotivo na Inficon, fabricante de instrumentos para análise de gás.

Embora o uso de gás de teste e equipamentos associados seja comum hoje para detecção de vazamento em pacotes de bateria, encontrar um vazamento no nível da célula é uma tarefa muito diferente. Três principais tipos de célula de bateria — cilíndrica, prismática e bolsa — são atualmente usados em VEs, com células de bolsa ganhando popularidade devido ao seu peso mais leve. As bolsas de células pressurizadas a vácuo normalmente passam por inspeção visual por trabalhadores para determinar se alguma inchou para fora durante armazenamento e 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 ingresso de umidade ao longo de meses ou anos", disse Parker à revista Automotive Engineering da SAE. "Queremos saber sobre um vazamento que é um milhão de vezes menor do que o que um teste visual indicaria."

Solução Tecnológica de Teste

A Inficon afirma que sua tecnologia ELT3000 recém-lançada pode detectar vazamentos em células de íon-lítio 1.000 vezes menores do que o possível com métodos de teste convencionais usando gases de teste. O sistema de detecção de vazamento emprega uma câmara de vácuo, uma unidade de controle de gás e uma unidade de detecção de gás. 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 quadrupolar e a forma 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 Dr. Daniel Wetzig, gerente de pesquisa da Inficon para ferramentas de detecção de vazamento.

Durante o processo de detecção de vazamento ELT3000 em células de bolsa cheias de eletrólito, o equipamento de teste protege a bolsa macia da célula. "O sistema fornece encapsulamento suave da célula de 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 de limite separada. "Queremos que a célula de bolsa seja aconchegante e segura. Também não queremos que a membrana flexível vede um buraco, essencialmente encobrindo um vazamento durante o teste", explicou ele.

Segundo os desenvolvedores do ELT3000, o sistema fornece um teste de vazamento altamente preciso em células de bateria de íon-lítio, contrastando fortemente com procedimentos de teste tradicionais. "A principal vantagem do teste de vazamento é que as células da bateria já estão cheias com solvente de eletrólito, então não há necessidade de gases de teste", observou Wetzig. O ELT3000 pode lidar com diferentes tipos de solvente de eletrólito, incluindo carbonato de dimetila (DMC), carbonato de etil metila (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 de casco duro vazias é feito enchendo as células com gás de teste hélio para detectar vazamentos enquanto as células estão em uma câmara de vácuo. Eletrólitos são inseridos nas células após o teste "seco". Um método de teste menos comum envolve colocar as células cheias de eletrólito em uma câmara de vácuo e expor as células a hélio sob pressão, referido como "bombardeio de hélio". Vazamentos são detectados quando o gás de teste hélio escapa para a câmara de vácuo.

O sistema de detecção de vazamento 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 ocorreu 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", segundo Wetzig.