Une plus grande précision pour les tests de fuite de batterie EV

L'exposition à la vapeur d'eau est une condamnation à mort pour les batteries lithium-ion (Li-ion) utilisées dans les véhicules hybrides électriques et électriques (VE). Si l'humidité pénètre dans la cellule de la batterie et réagit avec l'électrolyte, elle crée de l'acide. Et cet acide peut créer une réaction exothermique, entraînant un emballement thermique - un incendie interne.

Les dommages cellulaires catastrophiques sont le pire des cas, mais toute fuite cellulaire qui permet l'intrusion d'acide est problématique. "Si une fuite d'acide est généralisée dans le pack, c'est à la fois un problème de garantie et un client mécontent", a déclaré Thomas Parker, directeur des ventes du marché automobile chez Inficon, fabricant d'instruments d'analyse de gaz.

Bien que l'utilisation d'un gaz testeur et de l'équipement associé soit courante aujourd'hui pour la détection de fuites de batteries, la recherche d'une fuite au niveau de la cellule est une tâche très différente. Trois principaux types de cellules de batterie - cylindriques, prismatiques et à poche - sont actuellement utilisés dans les véhicules électriques, les cellules à poche gagnant en popularité en raison de leur poids plus léger. Les sachets de cellules sous vide sont généralement soumis à une inspection visuelle par les travailleurs pour déterminer si certains ont gonflé vers l'extérieur pendant le stockage et l'expédition.

"Il est important de savoir qu'une fuite qui causerait une poche gonflée dans une semaine ne reflète pas la taille d'une fuite qui se produit avec l'entrée d'humidité sur des mois ou des années", a déclaré Parker à Automotive Engineering de SAE. magazine. "Nous voulons en savoir plus sur une fuite un million de fois plus petite que ce qu'un test visuel indiquerait."

Solution technologique de test

Inficon affirme que sa nouvelle technologie ELT3000 peut détecter des fuites de cellules Li-ion 1 000 fois plus petites que ce qui est possible avec les méthodes de test conventionnelles utilisant des gaz testeurs. Le système de détection de fuites utilise une chambre à vide, une unité de commande de gaz et une unité de détection de gaz. Les ingénieurs d'Inficon ont écrit le logiciel qui fait fonctionner l'unité de contrôle du gaz et l'unité de détection de gaz.

L'utilisation par le système d'un spectromètre de masse quadripolaire et la manière dont la chambre à vide se connecte à l'unité de détection de gaz soulignent le caractère unique de la méthode de test. La société a déposé un brevet pour cette solution, a noté le Dr Daniel Wetzig, responsable de la recherche chez Inficon pour les outils de détection des fuites.

Pendant le processus de détection de fuite ELT300 sur les cellules de poche remplies d'électrolyte, l'équipement de test protège la poche de cellule souple. "Le système fournit une encapsulation douce de la cellule de la poche avec une membrane flexible afin que l'échantillon testé ne soit pas endommagé", a déclaré Parker. La surface de la membrane flexible comprend une structure qui sert de couche limite séparée. «Nous voulons que la cellule de poche soit confortable et sûre. Nous ne voulons pas non plus que la membrane flexible scelle un trou, couvrant essentiellement une fuite pendant les tests », a-t-il expliqué.

Selon les développeurs d'ELT3000, le système fournit un test de fuite très précis sur les cellules de batterie Li-ion, ce qui contraste fortement avec les procédures de test traditionnelles. "Le principal avantage du test de fuite est que les cellules de la batterie sont déjà remplies de solvant d'électrolyte, il n'y a donc pas besoin de gaz de test", a noté Wetzig. L'ELT3000 peut gérer différents types de solvants électrolytiques, notamment le carbonate de diméthyle (DMC), le carbonate d'éthyle et de méthyle (EMC) et le polypropylène (PP). Inficon a commencé à déployer son équipement de production de détection de fuite de batterie pour les cellules en poche, prismatiques et cylindriques en 2020.

Les tests conventionnels actuels des cellules prismatiques ou cylindriques à boîtier rigide vides sont effectués en remplissant les cellules avec du gaz testeur à l'hélium pour détecter les fuites pendant que les cellules sont dans une chambre à vide. Les électrolytes sont insérés dans les cellules après un test "à sec". Une méthode de test moins courante consiste à placer les cellules remplies d'électrolyte dans une chambre à vide et à exposer les cellules à l'hélium sous pression, appelée "bombardement à l'hélium". Les fuites sont détectées lorsque le gaz de test à l'hélium s'échappe dans la chambre à vide.

Le système de détection de fuites ELT3000 d'Inficon a été développé par les chercheurs de la société à Cologne, en Allemagne, à l'aide de la technologie des capteurs du siège nord-américain de la société à Syracuse, NY. Le développement du produit s'est déroulé sur 30 mois. "Le test de fuite ELT3000 donne une réponse claire sur l'étanchéité des cellules et donc sur la durée de vie de la batterie", selon Wetzig.