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La mobilité électrique augmente les problèmes de détection des fuites

Aujourd'hui, la croissance rapide et inattendue de la production de véhicules équipés de systèmes d'entraînement alternatifs offre aux constructeurs automobiles et à leurs partenaires constructeurs un large éventail de défis en matière de détection de fuites pour garantir la qualité des véhicules.

Les systèmes de batteries de traction fabriqués pour les véhicules électriques à batterie (BEV) et les véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEV), par exemple, doivent être protégés de l'eau et de l'humidité qui peuvent réduire la durée de vie de la batterie ou provoquer des incendies. Les véhicules électriques à pile à combustible (FCEV) ont également des exigences uniques en matière de tests d'étanchéité, en particulier pour les réservoirs d'hydrogène, les piles à combustible et les batteries qui alimentent leurs moteurs électriques.

INFICON a publié un guide complet de 50 pages sur les tests d'étanchéité des véhicules électriques et à pile à combustible pour les ingénieurs de fabrication et de contrôle qualité. Le guide traite des méthodes de détection des fuites pour une grande variété d'applications, y compris les cellules de batterie, les boîtiers de batterie, les moteurs électriques, les circuits de refroidissement des moteurs, les piles à combustible et les réservoirs d'hydrogène. Les composants électroniques, les modules de contrôle et les capteurs ADAS sont également couverts.

Les préoccupations en matière de sécurité des véhicules électriques augmentent avec les ventes

Il n'y a pas que les voitures particulières qui deviendront électriques. Une étude récente de McKinsey &Co. et du Forum économique mondial constate une transition majeure des moteurs à combustion vers les systèmes d'entraînement électriques pour les véhicules utilitaires. À mesure que la production de véhicules électriques augmentera, les problèmes de qualité se multiplieront également.

Des tests d'étanchéité fiables sont essentiels tout au long du processus de production. Les cellules de batterie EV, les batteries, les circuits de refroidissement de batterie, les moteurs électriques et autres systèmes modifiés pour les applications EV nécessitent tous des tests de fuite pour assurer à la fois la qualité et la sécurité. Les tests de fuite garantissent que l'électrolyte des cellules de la batterie ne fuit pas ou n'entre pas en contact avec de l'eau à chaque étape de la production de la batterie. Il est également important d'assurer l'intégrité des modules de batterie et des boîtiers de batterie. Pourquoi? L'électrolyte des cellules de batterie est hautement inflammable et peut provoquer des incendies de véhicules.

Les dommages aux cellules de batterie pendant le transport vers l'usine d'assemblage d'un FEO doivent également être pris en compte. L'« emballement thermique » d'une seule cellule de batterie peut faire en sorte que l'électrolyte brûlant atteigne des températures allant jusqu'à 1 100 °C (2 012 °F).

Méthodes de test de fuite pour les cellules de batterie

Aujourd'hui, les constructeurs automobiles s'attendent à ce qu'une batterie lithium-ion ait une durée de vie allant jusqu'à 10 ans ou plus. Pour prolonger la durée de vie des cellules, les taux de fuite des cellules de batterie prismatiques et cylindriques doivent se situer dans une plage de 10-6 à 10-8 mbar-l/s. Les cellules en sachet doivent être testées pour les fuites importantes ou dites grossières, ainsi que pour les fuites « capillaires » extrêmement petites.

De nouveaux systèmes de détection de fuites basés sur la technologie du spectromètre de masse sont désormais capables de détecter fuites 1 000 fois plus petites qu'auparavant. Un appareil de test INFICON ELT3000, par exemple, peut identifier des fuites d'un diamètre de quelques microns seulement. Une chambre de test flexible conçue pour éviter d'endommager les cellules de la poche a également été développée par INFICON pour prendre en charge les tests sous vide des cellules de la poche.

Test d'étanchéité pour les boîtiers de batteries

Les boîtiers de batteries nécessitent des exigences spécifiques en matière de détection des fuites car ils protègent les modules de batterie et les cellules de l'eau. Selon leur emplacement, les boîtiers doivent répondre aux exigences de classe de protection IP67 ou IP69K. Les boîtiers pour les composants électriques tels que les batteries lithium-ion, les unités de contrôle de puissance, les moteurs électriques et les modules électroniques sont souvent conçus conformément à IP67. (Les tests selon IP67 exigent qu'un composant soit entièrement fonctionnel après immersion dans l'eau à une profondeur de 1 m pendant 30 minutes.)

Le moyen le plus rapide et le plus précis de tester les composants sur la chaîne de production consiste à tester le gaz traceur à l'hélium dans une chambre à vide. Une autre option pour tester les boîtiers assemblés et non assemblés est un test d'accumulation, qui nécessite des temps de cycle plus longs.

Si un fabricant souhaite tester l'intégrité des joints d'étanchéité sur un bloc-batterie déjà assemblé, le test sous vide n'est pas une option. Les différences de pression avec ce type de test peuvent endommager les joints ou détruire les condensateurs déjà installés. En guise d'alternative, la détection de fuites par "renifleur" à base de gaz traces est recommandée pour les batteries et les boîtiers assemblés.

FCEV et leurs composants

Les tests d'étanchéité pour les FCEV qui utilisent la technologie de l'hydrogène sont également indispensables non seulement pour leurs réservoirs d'hydrogène, mais également pour les piles à combustible et les batteries qui alimentent leurs moteurs électriques. Les FCEV et les BEV partagent un certain nombre de composants avec des exigences de détection de fuite similaires. Les deux sont entraînés par des moteurs électriques alimentés par des batteries lithium-ion, bien que les batteries FCEV soient beaucoup plus petites et aient une capacité de stockage moindre.

Les FCEV, cependant, génèrent leur propre énergie électrique et leurs piles à combustible; circuits de refroidissement haute et basse température ; et les réservoirs d'hydrogène, les conduites et les systèmes de recirculation doivent tous être testés contre les fuites.

Capteurs et moteurs d'entraînement électriques

Qu'il s'agisse d'un BEV ou d'un FCEV, les capteurs, les modules de commande et les moteurs d'entraînement électriques d'un véhicule nécessitent tous une certaine forme de test d'étanchéité. L'eau est le principal ennemi des composants électriques de chaque véhicule. L'étanchéité à l'eau et à l'humidité est donc d'une importance cruciale, en particulier pour les systèmes autonomes ou Advanced Driver Autonomous Systems (ADAS).

Les capteurs de véhicule sont souvent testés avec des tests de chute de pression moins sensibles et fortement dépendants de la température. Les fabricants d'ADAS, cependant, suivent une stratégie zéro défaut qui est 1 000 fois plus fiable qu'une approche Six Sigma qui tolère 3,4 erreurs par million de cas. Les capteurs utilisés pour les technologies radar et LiDAR doivent non seulement être étanches, mais aussi étanches au gaz, c'est-à-dire complètement isolés de l'humidité.

Modifié à partir des informations fournies par INFICON.

Le livre électronique d'INFICON est conçu pour les ingénieurs de fabrication et les responsables du contrôle qualité, ainsi que pour les étudiants en ingénierie. Télécharger gratuitement.


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