E-Mobilidade Gera Novos Desafios de Detecção de Vazamentos para Segurança Veicular

O rápido e inesperado crescimento atual na produção de veículos com sistemas de propulsão alternativos está dando a fabricantes e seus parceiros de manufatura uma ampla gama de desafios de detecção de vazamentos para garantir a qualidade do veículo.

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

A INFICON publicou um guia abrangente de 50 páginas sobre teste de vazamento em veículos elétricos e de célula de combustível para engenheiros de manufatura e controle de qualidade. O guia discute métodos de detecção de vazamento para uma ampla variedade de aplicações, incluindo células de bateria, caixas de bateria, motores elétricos, circuitos de refrigeração de motor, células de combustível e tanques de hidrogênio. Componentes eletrônicos, módulos de controle e sensores ADAS também são cobertos.

Preocupações de Segurança de EV Crescem com Vendas

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

Teste de vazamento confiável é crítico durante todo o processo de produção. Células de bateria EV, pacotes de bateria, circuitos de refrigeração de bateria, motores elétricos e outros sistemas modificados para aplicações EV todos requerem teste de vazamento para assegurar qualidade e segurança. O teste de vazamento garante que o eletrólito da célula de bateria não vaze ou entre em contato com água durante cada estágio da produção da bateria. Também é importante assegurar a integridade de módulos de bateria e caixas de pacotes de bateria. Por quê? O eletrólito da célula de bateria é altamente inflamável e pode causar incêndios no veículo.

Danos a células de bateria durante o transporte para a fábrica de montagem de um OEM também precisam ser considerados. A "fuga térmica" de uma única célula de bateria pode fazer com que eletrólito em chamas atinja temperaturas de até 1.100°C (2.012°F).

Métodos de Teste de Vazamento para Células de Bateria

Hoje, fabricantes esperam que uma bateria de íon-lítio tenha uma vida útil de até 10 anos ou mais. Para alcançar vida prolongada da célula, taxas de vazamento para células de bateria prismáticas e cilíndricas devem cair dentro de uma faixa de 10-6 a 10-8 mbar-l/s. Células de bolsa precisam ser testadas para vazamentos grandes ou chamados vazamentos brutos, bem como para vazamentos "capilares" extremamente pequenos.

Novos sistemas de detecção de vazamento baseados em tecnologia de espectrômetro de massa agora são capazes de detectar vazamentos 1.000 vezes menores do que anteriormente possível. 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 a células de bolsa também foi desenvolvida pela INFICON para suportar teste a vácuo de células de bolsa.

Teste de Vazamento para Caixas de Pacotes de Bateria

Caixas de pacotes de bateria exigem requisitos específicos de detecção de vazamento, pois protegem módulos e células de bateria da água. Dependendo de onde estão localizadas, as caixas devem atender a requisitos de classe de proteção IP67 ou IP69K. Caixas para componentes elétricos como baterias de íon-lítio, unidades de controle de potência, motores elétricos e módulos eletrônicos frequentemente são projetadas de acordo com IP67. (Teste de acordo com IP67 requer que um componente seja 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 gás traçador hélio em 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 gaxetas ou vedações em um pacote de bateria já montado, teste a vácuo não é uma opção. Diferenças de pressão com esse tipo de teste podem danificar gaxetas ou destruir capacitores já instalados. Como alternativa, detecção de vazamento baseada em gás traçador "farejador" é recomendada para pacotes de bateria e caixas montadas.

FCEVs e Seus Componentes

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 pacotes de bateria que fornecem energia a seus motores elétricos. FCEVs e BEVs compartilham vários componentes com requisitos semelhantes de detecção de vazamento. Ambos são acionados por motores elétricos alimentados por baterias de íon-lítio, embora baterias de FCEV sejam muito menores e tenham menor capacidade de armazenamento.

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, linhas e sistemas de recirculação de hidrogênio todos devem ser testados para vazamento.

Sensores e Motores de Tração Elétrica

Seja um BEV ou FCEV, os sensores, módulos de controle e motores de tração elétrica de um veículo todos requerem alguma forma de teste de vazamento. Água é o inimigo primário de todos os componentes elétricos de um veículo. Estanqueidade à água e umidade, portanto, são criticamente importantes, especialmente para sistemas autônomos ou de Assistência Avançada ao Motorista (ADAS).

Sensores de veículos frequentemente são testados com testes de decaimento de pressão menos sensíveis e fortemente dependentes de temperatura. Fabricantes de ADAS, no entanto, seguem uma estratégia de zero defeitos que é 1.000 vezes mais confiável do que uma abordagem Six Sigma que tolera 3,4 erros por milhão de casos. Sensores usados para tecnologias radar e LiDAR não só devem ser à prova d'água, eles também devem ser estanques a gás — completamente vedados da umidade.

Editado a partir de informações fornecidas pela INFICON.

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