Mayor precisión para la prueba de fugas de baterías de vehículos eléctricos

La exposición al vapor de agua es una sentencia de muerte para las baterías de iones de litio (Li-ion) que se utilizan en los vehículos híbridos eléctricos y eléctricos (EV). Si entra humedad en la celda de la batería y reacciona con el electrolito, se crea ácido. Y ese ácido puede crear una reacción exotérmica, lo que lleva a una fuga térmica:un incendio interno.

El daño celular catastrófico es el peor de los casos, pero cualquier fuga celular que permita la intrusión de ácido es problemática. “Si una fuga de ácido está muy extendida en el paquete, eso es tanto un problema de garantía como un cliente descontento”, dijo Thomas Parker, gerente de ventas del mercado automotriz de Inficon, fabricante de instrumentos para el análisis de gases.

Si bien el uso de un gas de prueba y el equipo asociado es común hoy en día para la detección de fugas en el paquete de baterías, encontrar una fuga a nivel de celda es una tarea muy diferente. Tres tipos principales de celdas de batería (cilíndricas, prismáticas y de bolsa) se utilizan actualmente en los vehículos eléctricos, y las celdas de bolsa ganan popularidad debido a su peso más ligero. Las bolsas de células presurizadas al vacío generalmente se someten a una inspección visual por parte de los trabajadores para determinar si alguna se ha hinchado hacia afuera durante el almacenamiento y el envío.

"Es importante saber que una fuga que causaría una bolsa hinchada en una semana no refleja el tamaño de una fuga que ocurre con la entrada de humedad durante meses o años", dijo Parker a Ingeniería automotriz de SAE. revista. "Queremos saber acerca de una fuga que es un millón de veces más pequeña de lo que indicaría una prueba visual".

Solución de tecnología de prueba

Inficon afirma que su tecnología ELT3000 recientemente lanzada puede detectar fugas de celdas de iones de litio 1000 veces más pequeñas de lo que es posible con los métodos de prueba convencionales que utilizan gases de prueba. El sistema de detección de fugas emplea una cámara de vacío, una unidad de control de gas y una unidad de detección de gas. Los ingenieros de Inficon escribieron el software que opera la unidad de control de gas y la unidad de detección de gas.

El uso del sistema de un espectrómetro de masas de cuadrupolo y la forma en que la cámara de vacío se conecta a la unidad de detección de gas resaltan la singularidad del método de prueba. La empresa tiene una patente registrada para esta solución, señaló el Dr. Daniel Wetzig, gerente de investigación de herramientas de detección de fugas de Inficon.

Durante el proceso de detección de fugas ELT300 en celdas de bolsa llenas de electrolitos, el equipo de prueba protege la bolsa de celda blanda. “El sistema proporciona una encapsulación suave de la célula de la bolsa con una membrana flexible para que la muestra que se analiza no se dañe”, dijo Parker. La superficie de la membrana flexible incluye una estructura que sirve como capa límite separada. “Queremos que la celda de la bolsa sea acogedora y segura. Tampoco queremos que la membrana flexible selle un agujero, esencialmente cubriendo una fuga durante la prueba”, explicó.

Según los desarrolladores de ELT3000, el sistema proporciona una prueba de fugas de alta precisión en las celdas de las baterías de iones de litio, lo que contrasta marcadamente con los procedimientos de prueba tradicionales. “La principal ventaja de la prueba de fugas es que las celdas de la batería ya están llenas de solvente electrolítico, por lo que no hay necesidad de gases de prueba”, señaló Wetzig. El ELT3000 puede manejar diferentes tipos de solventes electrolíticos, incluidos carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de metilo y etilo (EMC) y polipropileno (PP). Inficon comenzó a implementar su equipo de producción de detección de fugas de batería para celdas de bolsa, prismáticas y cilíndricas en 2020.

Las pruebas convencionales actuales de celdas prismáticas o cilíndricas de carcasa dura vacías se realizan llenando las celdas con gas de prueba de helio para detectar fugas mientras las celdas están en una cámara de vacío. Los electrolitos se insertan en las celdas después de la prueba "seca". Un método de prueba menos común consiste en colocar las celdas llenas de electrolitos en una cámara de vacío y exponer las celdas a helio bajo presión, lo que se conoce como "bombardeo de helio". Las fugas se detectan cuando el gas de prueba de helio escapa a la cámara de vacío.

El sistema de detección de fugas ELT3000 de Inficon fue desarrollado por los investigadores de la empresa en Colonia, Alemania, utilizando tecnología de sensores de la sede norteamericana de la empresa en Syracuse, NY. El desarrollo del producto se desarrolló durante 30 meses. "La prueba de fugas ELT3000 da una respuesta clara sobre la hermeticidad de la celda y, por lo tanto, sobre la vida útil de la batería", según Wetzig.