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La movilidad eléctrica aumenta los problemas para la detección de fugas

El rápido e inesperado crecimiento actual en la producción de vehículos con sistemas de propulsión alternativos está dando a los fabricantes de automóviles y a sus socios fabricantes una amplia gama de desafíos de detección de fugas para garantizar la calidad del vehículo.

Los sistemas de batería de tracción fabricados para vehículos eléctricos a batería (BEV) y vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV), por ejemplo, deben protegerse del agua y la humedad que pueden reducir la vida útil de la batería o provocar incendios. Los vehículos eléctricos de celda de combustible (FCEV) también tienen requisitos únicos de prueba de fugas, especialmente para los tanques de hidrógeno, las celdas de combustible y las baterías que impulsan sus motores eléctricos.

INFICON ha publicado una guía completa de 50 páginas para pruebas de fugas en vehículos eléctricos y de celdas de combustible para ingenieros de fabricación y control de calidad. La guía analiza los métodos de detección de fugas para una amplia variedad de aplicaciones, incluidas celdas de batería, carcasas de batería, motores eléctricos, circuitos de refrigeración de motores, celdas de combustible y tanques de hidrógeno. Los componentes electrónicos, los módulos de control y los sensores ADAS también están cubiertos.

Las preocupaciones sobre la seguridad de los vehículos eléctricos crecen con las ventas

No solo los turismos serán eléctricos. Una encuesta reciente realizada por McKinsey &Co. y el Foro Económico Mundial ve un cambio importante de los motores de combustión a los sistemas de accionamiento eléctrico para vehículos comerciales. A medida que aumenta la producción de vehículos eléctricos, las preocupaciones sobre la calidad también se multiplicarán.

La prueba de fugas confiable es fundamental durante todo el proceso de producción. Las celdas de batería de vehículos eléctricos, los paquetes de baterías, los circuitos de enfriamiento de baterías, los motores eléctricos y otros sistemas modificados para aplicaciones de vehículos eléctricos requieren pruebas de fugas para garantizar tanto la calidad como la seguridad. La prueba de fugas asegura que el electrolito de la celda de la batería no se escape ni entre en contacto con el agua durante cada etapa de la producción de la batería. También es importante asegurar la integridad de los módulos de batería y las carcasas de los paquetes de batería. ¿Por qué? El electrolito de la celda de la batería es altamente inflamable y puede provocar incendios en el vehículo.

También se debe considerar el daño a las celdas de la batería durante el tránsito a la planta de ensamblaje de un OEM. La "fuga térmica" de una sola celda de la batería puede hacer que el electrolito en llamas alcance temperaturas de hasta 1100 °C (2012 °F).

Métodos de prueba de fugas para celdas de batería

Hoy en día, los fabricantes de automóviles esperan que una batería de iones de litio tenga una vida útil de hasta 10 años o más. Para lograr una mayor vida útil de las celdas, las tasas de fuga de las celdas de baterías prismáticas y cilíndricas deben estar dentro de un rango de 10-6 a 10-8 mbar-l/s. Las celdas de la bolsa deben probarse para detectar fugas grandes o las denominadas fugas graves, así como fugas "capilares" extremadamente pequeñas.

Los nuevos sistemas de detección de fugas basados ​​en tecnología de espectrómetro de masas ahora son capaces de detectar fugas 1.000 veces más pequeñas de lo que antes era posible. Un dispositivo de prueba INFICON ELT3000, por ejemplo, puede identificar fugas con un diámetro de unas pocas micras. INFICON también ha desarrollado una cámara de prueba flexible diseñada para evitar daños en las células de la bolsa para respaldar las pruebas de vacío de las células de la bolsa.

Prueba de fugas para carcasas de paquetes de baterías

Las carcasas de los paquetes de baterías exigen requisitos específicos de detección de fugas, ya que protegen los módulos y las celdas de la batería del agua. Dependiendo de dónde se ubiquen, las carcasas deben cumplir con los requisitos de clase de protección IP67 o IP69K. Las carcasas para componentes eléctricos como baterías de iones de litio, unidades de control de potencia, motores eléctricos y módulos electrónicos a menudo se diseñan de acuerdo con IP67. (Las pruebas según IP67 requieren que un componente funcione completamente después de sumergirlo en agua a una profundidad de 1 m durante 30 minutos).

La forma más rápida y precisa de probar componentes en la línea de producción es probar el gas trazador de helio en una cámara de vacío. Otra opción para probar carcasas ensambladas y sin ensamblar es una prueba de acumulación, que requiere tiempos de ciclo más prolongados.

Si un fabricante desea probar la integridad de las juntas o sellos en un paquete de baterías ya ensamblado, la prueba de vacío no es una opción. Las diferencias de presión con este tipo de prueba pueden dañar las juntas o destruir los condensadores ya instalados. Como alternativa, se recomienda la detección de fugas de "olfateador" basada en gas traza para paquetes de baterías y carcasas ensambladas.

FCEV y sus componentes

La prueba de fugas para los FCEV que usan tecnología de hidrógeno también es indispensable no solo para sus tanques de hidrógeno, sino también para las celdas de combustible y los paquetes de baterías que suministran energía a sus motores eléctricos. Los FCEV y los BEV comparten una serie de componentes con requisitos similares de detección de fugas. Ambos son impulsados ​​por motores eléctricos alimentados por baterías de iones de litio, aunque las baterías FCEV son mucho más pequeñas y tienen menos capacidad de almacenamiento.

Sin embargo, los FCEV generan su propia energía eléctrica y sus pilas de celdas de combustible; circuitos de refrigeración de alta y baja temperatura; y los tanques de hidrógeno, las líneas y los sistemas de recirculación deben someterse a pruebas de fugas.

Sensores y motores eléctricos

Ya sea un BEV o un FCEV, los sensores, los módulos de control y los motores de accionamiento eléctrico de un vehículo requieren algún tipo de prueba de fugas. El agua es el principal enemigo de los componentes eléctricos de todos los vehículos. La estanqueidad al agua y la humedad, por lo tanto, son de vital importancia, especialmente para los sistemas autónomos o avanzados de conducción autónoma (ADAS).

Los sensores de vehículos a menudo se prueban con pruebas de caída de presión menos sensibles y fuertemente dependientes de la temperatura. Los fabricantes de ADAS, sin embargo, siguen una estrategia de cero defectos que es 1000 veces más confiable que un enfoque Six Sigma que tolera 3.4 errores por millón de casos. Los sensores utilizados para las tecnologías de radar y LiDAR no solo deben ser herméticos, sino que también deben ser herméticos a los gases, completamente sellados contra la humedad.

Editado a partir de información proporcionada por INFICON.

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