L'électromobilité crée de nouveaux défis de détection de fuites pour la sécurité des véhicules

La croissance rapide et inattendue d'aujourd'hui dans la production de véhicules avec des systèmes d'entraînement alternatifs donne aux constructeurs automobiles et à leurs partenaires de fabrication une large gamme de défis de détection de fuites pour assurer la qualité des véhicules.

Les systèmes de batteries de traction fabriqués pour les véhicules électriques à batterie (VEB) et les véhicules hybrides rechargeables (VHR), 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 (VEPC) ont également des exigences uniques de test de fuites, en particulier pour les réservoirs d'hydrogène, les piles à combustible et les batteries qui entraînent leurs moteurs électriques.

INFICON a publié un guide complet de 50 pages sur les tests de fuites pour véhicules électriques et à pile à combustible pour les ingénieurs de fabrication et de contrôle qualité. Le guide discute des méthodes de détection de 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, modules de contrôle et capteurs ADAS sont également couverts.

Les préoccupations de sécurité des VE augmentent avec les ventes

Ce n'est pas seulement les voitures de tourisme qui deviendront électriques. Une enquête récente de McKinsey & Co. et du Forum économique mondial prévoit un changement majeur des moteurs à combustion vers des systèmes d'entraînement électrique pour les véhicules commerciaux. À mesure que la production de VE augmente, les préoccupations de qualité se multiplieront également.

Des tests de fuites fiables sont critiques tout au long du processus de production. Les cellules de batterie VE, les packs de batterie, les circuits de refroidissement de batterie, les moteurs électriques et d'autres systèmes modifiés pour les applications VE nécessitent tous des tests de fuites pour assurer à la fois la qualité et la sécurité. Les tests de fuites garantissent que l'électrolyte des cellules de batterie ne fuit pas ou n'entre pas en contact avec 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 packs de batterie. Pourquoi ? L'électrolyte de cellule de batterie est hautement inflammable et peut causer des incendies de véhicules.

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

Méthodes de test de fuites 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 atteindre une durée de vie prolongée de la cellule, les taux de fuites pour les cellules de batterie prismatiques et cylindriques doivent se situer dans une plage de 10-6 à 10-8 mbar-l/s. Les cellules poche 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 maintenant capables de détecter des fuites 1 000 fois plus petites que précédemment possible. Un dispositif de test INFICON ELT3000, par exemple, peut identifier des fuites avec un diamètre de seulement quelques microns. Une chambre de test flexible conçue pour prévenir les dommages aux cellules poche a également été développée par INFICON pour soutenir les tests sous vide des cellules poche.

Test de fuites pour les boîtiers de packs de batterie

Les boîtiers de packs de batterie exigent des exigences spécifiques de détection de fuites car ils protègent les modules et cellules de batterie de l'eau. Selon leur emplacement, les boîtiers doivent répondre aux exigences de classe de protection IP67 ou IP69K. Les boîtiers pour 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 pleinement fonctionnel après immersion dans l'eau à une profondeur de 1 m pendant 30 minutes.)

La méthode la plus rapide et la plus précise pour tester les composants sur la ligne de production est de tester le gaz traceur hélium dans une chambre sous 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 veut tester l'intégrité des joints ou joints d'étanchéité sur un pack de batterie déjà assemblé, les tests sous vide ne sont pas une option. Les différences de pression avec ce type de test pourraient endommager les joints ou détruire les condensateurs déjà installés. Comme alternative, la détection de fuites « renifleur » basée sur gaz traceur est recommandée pour les packs de batterie et boîtiers assemblés.

VEPC et leurs composants

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

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

Capteurs et moteurs d'entraînement électriques

Qu'il s'agisse d'un VEB ou VEPC, les capteurs, modules de contrôle et moteurs d'entraînement électriques d'un véhicule nécessitent tous une forme de test de fuites. L'eau est l'ennemi principal de chaque composant électrique d'un véhicule. L'étanchéité à l'eau et à l'humidité est donc critique, surtout pour les systèmes autonomes ou d'aide à la conduite avancée (ADAS).

Les capteurs de véhicule sont souvent testés avec des tests de décroissance de pression moins sensibles, fortement dépendants de la température. Les fabricants 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 à l'eau, ils doivent aussi être étanches au gaz – complètement scellés de l'humidité.

Édité à partir des informations fournies par INFICON.

L'e-book d'INFICON est conçu pour les ingénieurs de fabrication et les gestionnaires de contrôle qualité, ainsi que pour les étudiants en ingénierie. Téléchargement gratuit.