INFICON-電動交通行業(yè)：電動汽車和燃料電池汽車泄漏檢測

lINF1CON— 4 5 7 8 4對電池包殼體的要求 技術(shù)點1：IP67—殼體材料決定漏率限值 電驅(qū)動裝置及其單個部件的泄漏檢測要求像產(chǎn)品本身一樣復(fù)雜。關(guān)鍵部件包括電池(注有電解液)、介質(zhì)回路(含有水-乙二醇或氫)以及電氣部件(帶有高電壓/電流)。這些部件對制造過程中的質(zhì)量保證提出了最高要求，因此也對泄漏檢測提出了最高漏檢測技術(shù)的研究。一項重要發(fā)現(xiàn)是，熱力學(xué)檢測方法的初始方向。然而最終，這是不夠的。例如開始時，通常采用簡單而低成本的基于壓縮空氣的泄漏檢測方法，質(zhì)量流量法。然而，本文明確指出—我只能根據(jù)自己的經(jīng)驗證實這一點—要 4lINF1CON著純電動汽車和插電式混合動力汽車數(shù)量的增長，動力電池的需求量也在增長。確保其質(zhì)量成為汽車制造商和供應(yīng)商的核心任務(wù)。燃料電池電動汽車(FCEV)也需要通過電池來為驅(qū)動汽車的電機供電—雖然這類電池的容量明顯更低。無論如何，都必須對燃料電池電動汽車的儲氫罐和燃料電池進行嚴格的泄漏在動力電池的生產(chǎn)過程中，對所有相關(guān)部件進行一致的泄漏檢測至關(guān)重要。這是因為，在這個非傳統(tǒng)零排放驅(qū)動的時代，消費者既不希望自己的汽車起火，也不希望幾年后就要再花一大筆錢購買新電池才能重新獲得必要的容量和可接受的續(xù)航里程。對于動力電池，在生產(chǎn)的每個階段都務(wù)必確保電芯中的電解液無論如何都不會漏出，也不會接觸到水，甚至不會接觸到空氣中的濕氣—這是因為存在水與電芯的電解液反應(yīng)生成氫氟酸的風(fēng)險。此外，由于短路風(fēng)險，水也不得從外面進入電池模組或電池包。由于電池永遠不應(yīng)過熱，因此，動力電池的冷卻回路還必須防漏并能防止冷卻動力電池既是潛在的危險源，又是對純關(guān)重要的易損件。在燃料電池電動汽車的氫技術(shù)領(lǐng)域，安全性和密封性在任何情況下都是必不可少的。想要長期滿足客戶需求的任何非傳統(tǒng)驅(qū)動裝置制造商都不可避免地要在制造過程中使用適當(dāng)混合動力汽車中的鋰離子電池。 5lINF1CON豐田燃料電池汽車。本白皮書將詳細概述相關(guān)要求及其處于制造純電動汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池電動汽車的工業(yè)生產(chǎn)中的哪個階段，以及適合具體應(yīng)用的有哪些泄漏檢測方法。一項發(fā)現(xiàn)是：只有現(xiàn)代化的示蹤氣體法能夠確保非傳統(tǒng)驅(qū)動部件 6lINF1CON2019年創(chuàng)造了一項新紀錄：純電動汽車和插電式混合動力汽車的全球銷量高達210多萬輛，比上一次創(chuàng)造新紀錄的邁向零排放交通的目標(biāo)不僅是當(dāng)下所需，而且得到大力支持，特別是在政治層面，同時受到官方氣候目標(biāo)與明確配額政策兩方面因素的推進。另一方面，以中國半—即使沒有高額補貼，電動汽車在中國也逐漸得到認可。全球所有純電動汽車/插電式混合動力汽車約47%都在中國，緊隨其后的是歐洲和美國等市軟，電動汽車卻出現(xiàn)了明顯增長。以中盡管新冠疫情使全球乘用車經(jīng)濟的發(fā)展汽車卻仍能保持沒有增長但至少穩(wěn)定的美國汽車制造商也在推動電動汽車市場的增長。除了在純電動汽車和插電式混合動力汽車的產(chǎn)能方面進行投資之外，鋰離子電池的內(nèi)部生產(chǎn)也發(fā)揮著越來越重要的作用。例如，通用汽車與韓國前正在美國俄亥俄州的洛茲敦建設(shè)鋰離子電池制造廠。這家企業(yè)位于田納西州斯普林希爾的工廠是通用汽車為生產(chǎn)電動汽車而設(shè)立的第三家工廠。甚至福特的新任首席執(zhí)行官JimFarley都公開表示考慮建立自己的電池制造廠，以便能夠更靈活地應(yīng)對福特快速增長的產(chǎn)量。目前，像特斯拉這樣的純電動汽車先驅(qū)已經(jīng)依賴于自己的電池生產(chǎn)有一段時間了—盡管位于內(nèi)華達州斯帕克斯附近的特斯拉1號超級工廠(Gigafactory1)目前僅達到為新技術(shù)鋪平道路的另一趨勢是電池容容量的價格僅為156美元，而2010年車和插電式混合動力汽車上所安裝電池的總?cè)萘恳苍谠黾印１M管所有輕型電動商用車的平均電池容量在2018年還只有37千瓦時，目前卻已經(jīng)達到44千瓦時。如今，在大多數(shù)市場中，純電池驅(qū) 7lINF1CON動乘用車的電池容量已在50至70千瓦時的范圍內(nèi)，這有助于實現(xiàn)相應(yīng)的續(xù)航與純電池驅(qū)動同時回到議程上的還有燃可少的能量存儲系統(tǒng)是儲氫罐。在燃料電池中，攜帶的氫與大氣氧反應(yīng)生成水。一個體積相對較小的動力電池儲存由此產(chǎn)生的電能，并為驅(qū)動車輛的電機供電。盡管燃料電池電動汽車的能源成本更高，但與純電動汽車相比，還具有續(xù)航里程更長以及補充燃料停車時間更短等優(yōu)勢。這使燃料電池技術(shù)成為一項對大型乘用車和商用車有吸引力的無二氧化碳排放目前，包括本田、現(xiàn)代和豐田在內(nèi)的許多亞洲汽車制造商都對這項技術(shù)的未來充滿信心，紛紛推出燃料電池電動乘用車。例如，豐田已經(jīng)推出的新一代Mirai車型自2021年起將年產(chǎn)3萬輛—將目前的產(chǎn)能提高了10倍。供應(yīng)商羅伯特·博世也在其德國薩爾州洪堡工廠制造燃料電池部件，并計劃在2022年前將一種新型“博世電池堆”推向市場，尤其用于為重型車和商用車提供動動汽車將有高達20%通過燃料電池產(chǎn)生在傳統(tǒng)汽車中，內(nèi)燃機被視為汽車的“心臟”。然而，在純電動汽車/插電式混合動力汽車中，與電機相比，該功能更多地由動力電池來完成。雖然電池的價格多年來一直在穩(wěn)步下降并且未來也可能繼續(xù)下降，但是目前，動力電池仍占整車附加值的25%至30%。不同幾何形狀的電芯(從左到右)：方形電芯、圓柱形電芯、軟包電芯。動力電池的最小制造單元是注有電解目前，電芯有3種不同的設(shè)計。我們在日常生活最熟悉的是圓柱形電芯(通常 8lINF1CON電芯都配備穩(wěn)定的殼體，軟包電芯則具在制造鏈的下游端，單個電芯先組合成電池模組，電池模組轉(zhuǎn)而連接在一起組成電池包。在制造過程結(jié)束時，這些電池包被一起放入一個殼體中。在生產(chǎn)的每個階段都務(wù)必確保電芯中的電解液不會漏出，也不會接觸到水或濕氣。只有現(xiàn)代化的示蹤氣體法才能滿足這種氣密電芯含有易燃的電解液，因此必須對其進行可靠的泄漏檢測：泄漏的電解液會帶來車輛燃燒風(fēng)險，甚至可能導(dǎo)致與火災(zāi)有關(guān)的全損。另一方面，濕氣滲入則與短路風(fēng)險相關(guān)，而且會縮短電池的使用壽命。電芯的海外生產(chǎn)現(xiàn)狀也有問題，因為電芯在從亞洲長途運輸期間損壞的情況并不罕見。這種損壞會帶來嚴重后果—甚至是在運輸期間。例如，鋰離子電池和電芯存在起火危險，因此不再 9lINF1CON允許將其作為貨物通過客機運輸。由貨物燃燒導(dǎo)致的飛機失事促使各大航空監(jiān)FedEx等運輸公司也采用特殊貨物泡沫系統(tǒng)，以對貨機上裝運電芯的集裝箱實現(xiàn)針對性的滅火。更頻繁出現(xiàn)的船舶集裝箱完全損毀事故也為人們所熟知。單個電芯“熱失控”(例如由內(nèi)電極局部短路引起)可能導(dǎo)致燃燒的電解液將整船與鋰離子電池有關(guān)的一項最嚴重風(fēng)險是其易燃性。 10lINF1CON增值鏈不同階段的泄漏檢測。在這樣的背景下，毫不奇怪，許多專家和科學(xué)家(例如德國亞琛工業(yè)大學(xué)的電力電子及電力驅(qū)動研究所(ISEA))都認為設(shè)計高效的進貨檢測非常重要，這樣，德國的制造商和供應(yīng)商可以在組裝前就后續(xù)增值過程也要求進行各種不同的泄漏檢測。電芯先被組裝成電池模組，隨后再將電池模組合并成電池包。一些原始設(shè)備制造商本身已經(jīng)有能力執(zhí)行這些生產(chǎn)步驟，另一些則要從一級電池模組以及電池包通常都包括多條冷卻通道，它們既可使用水-乙二醇混合液，又可使用汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑工作。通常，控制汽車電池工作的電力電子裝置也通過這兩種方式之一進行冷卻。這些系統(tǒng)的防漏至關(guān)重要，因為一方面，必須長期保證電池得到冷卻；另一方面， 11lINF1CON經(jīng)證實，在純電動汽車/插電式混合動電芯必須防漏的原因：方形電芯(左)和軟包電芯(右)。力汽車的日常使用中，動力電池使用壽命縮短的問題可能比潛在的短路和火災(zāi)風(fēng)險問題更加重要。畢竟，當(dāng)電池因工藝不良而失去大部分容量時，更換電池的費用該由誰承擔(dān)？如果電池充滿電都做不到續(xù)航60英里，通勤者又能向何處求助？電池壽命縮短的風(fēng)險由誰承擔(dān)？客戶？經(jīng)銷商？汽車制造商還是其供應(yīng)商？無論如何，價格高但使用壽命短的動力電池很快會導(dǎo)致客戶不滿。根據(jù)目前的估算，動力電池的可持續(xù)性目標(biāo)為在10,000次充電循環(huán)后，剩余存儲容量電動交通的勝利顯然為質(zhì)量保證帶來了新的挑戰(zhàn)。在生產(chǎn)的每個階段都務(wù)必保證電芯中的電解液不會泄漏，也不會接觸到水和濕氣。換言之，電池必須做到氣密。只有采用現(xiàn)代化、靈敏的示蹤氣體法，汽車制造商和供應(yīng)商才能滿足這電解液與水發(fā)生反應(yīng)時，會生成毀壞電芯的氫氟酸。因此，在電芯的使用壽命(許多制造商預(yù)期為10年)終止時，電解液中的水濃度應(yīng)盡可能低。電池整個使用壽命期間的電解液損失也必須保持在最低限度。這是有必要的，因為有害的重金屬會溶解在電解液中。容許漏率的確切水平取決于幾項因素，包括電芯內(nèi)部的壓力條件、電芯的要求使用壽命及其體積。例如，成型后的軟包電芯中存在50至500毫巴的絕對負壓，因此，電解液將充分潤濕陽極和陰極并使電芯具有機械穩(wěn)定性。具有堅固殼體的方形、紐扣和圓柱形電芯通常在常壓下充注，因此沒有壓差。容許漏率也相應(yīng)地 12lINF1CON不同類型電芯的問題點。更高。通常，檢測所用漏率限值的數(shù)量基于示蹤氣體的方法成為電芯制造中泄方形、圓柱形和軟包電芯這3種設(shè)計都有各自的問題點。例如，方形電芯在常成化通常會產(chǎn)生氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物，因此，在成化過程完成后，電芯內(nèi)可能存在輕微的過壓。任何泄漏都可能導(dǎo)致空氣和 13lINF1CON濕氣進入電芯，最終可能導(dǎo)致電解液排出。方形電芯的失效模式可用于識別多個潛在的泄漏位置。其中包括蓋板與兩個電極接頭之間的焊縫和焊接在該處的防爆片、蓋板與殼體下部之間的焊縫，以及電解液加注口的密封處。在圓柱形電芯中，易漏區(qū)域位于圓柱形殼體與固定至圓柱體兩端的電極之間的壓接接頭處。對于柔軟的袋狀軟包電芯，袋體的密封墊、兩個電極穿通密封件(在此背景下通常叫做極耳)處的裂縫以及密封后處理過程所產(chǎn)生的針狀孔洞都會導(dǎo)致那么，不同的電芯設(shè)計對泄漏檢測時應(yīng)采用的漏率限值有什么要求？對于方形和圓柱形電芯，即使在常壓下充注電解液后，仍有少量空氣留在電芯內(nèi)。因此，如果具有一定濕度的空氣進入電芯，可能會與電解液大面積接觸，水可能由此進入電解液中。然而，由于幾乎不存在壓差，與環(huán)境空氣的交換只能通過擴散對于軟包電芯，泄漏將導(dǎo)致空氣被電芯內(nèi)部的負壓吸入，但是，電解液與水接觸的表面積仍然很小，如果是細漏，則水的濃度盡可能地低，則容許漏率(取決于最大容許含水量和電芯的幾何形狀)在真空中檢測時將人為地產(chǎn)生約1巴的壓差，這樣，對相同尺寸的漏孔將產(chǎn)生更高的漏率。因此，真空法通常用于檢 14lINF1CON固態(tài)電芯(無論方形還是圓柱形)的兩種失效模式。對于軟包電芯，區(qū)分兩種失效模型非常有用。如果出現(xiàn)大泄漏，即所謂的粗漏，則滲入的空氣將影響電芯內(nèi)要求的負壓。仍然存在負壓，即內(nèi)部壓力小于1,000毫巴。這對漏率限值提出異常嚴格的要第二種失效模式對漏率限值的要求則沒有這么嚴格。如果出現(xiàn)針狀泄漏，則空氣與電解液的接觸面相對較小，電解液中不需要的水氣濃度因而緩慢升高。如要使用10年后的水濃度低于百萬分之80，則針狀毛細管漏孔的直徑必須小于然而，軟包電芯的這兩個理論漏率限值在實踐中并不能發(fā)揮作用，因為毛細管會因電解液超過極限直徑幾微米(取決“MethodsforLeakTestingLithium-IonBatteriestoAssureQualitywithProposedRejectionLimitStandards”(通過建議的不合格判定數(shù)標(biāo)準保證質(zhì)量的鋰離子電池泄漏檢測方法)是INFICON研究經(jīng)理DanielWetzig博士撰寫的SAE論文。該論文研究了各種類型鋰離子電池的泄漏情況，并在INFICON經(jīng)驗的基礎(chǔ)上討論了相關(guān)檢驗的可用漏率限值，如需閱讀該論文，請訪問：/publications/technical-papers/con 15lINF1CON軟包電芯的3種失效模式。于內(nèi)部壓力和材料組合)而“阻塞”。也就是說，毛細管中將充滿電解液，由于表面張力和潤濕特性，電解液不會從毛細管末端泄漏。在實踐中，這意味著，不僅電解液不能從比該極限直徑更小的漏孔中溢出，空氣和濕氣也不能進入電解液中。在濕空氣與泄漏通道末端電解液之間的非常小的接觸區(qū)域(直徑為幾微米的圓形區(qū)域)，極少量的水可以通過許多電芯制造商已經(jīng)在對電芯殼體執(zhí)行泄漏檢測。為此，先將方形和圓柱形電 16lINF1CON約10-8毫巴-9毫巴約10-6毫巴檢測所用漏率限值的推導(dǎo)。的氦氣并密封。然后將電芯放入真空檢測室中，將檢測室抽空，再測量在一段給定時間內(nèi)從電芯泄漏的氦氣量。確定泄漏率后，可從電芯回收氦氣。對于該漏率限值。為了減少氦氣需求量，也可降低氦氣濃度，條件是示蹤氣體與干空真空室中的氦氣檢測示意圖。未充注電解液的方形電芯的初步檢測。-4毫巴-5毫巴-7毫巴真空檢測時方形和圓柱形電芯泄漏通道直徑與氦氣漏率之間的關(guān)系，假設(shè)電芯壁厚為2毫米。即使具有剛性殼體的電芯已接受過初步軟包電芯，無論如何都幾乎不可能進行的任務(wù)。到目前為止，可用于該目的的僅有的幾種方法要么不夠靈敏，要么太不可靠，要么兩者兼有。例如，最好情的加壓法靈敏度過低，遠不能完成要求險：即使最小的溫度波動也會歪曲結(jié)果，尤其是試件體積較大時。而且，盡管所謂氦轟擊法的靈敏度足夠高，但轟擊檢測是否成功在很大程度上取決于電芯的測方法首次找到了補救措施。這種全新的方法使用預(yù)充注電芯中的電解液溶劑為了即使在最終充注后也能可靠地對全部3種類型的電芯進行密封性檢測，INFICON開發(fā)出一種能夠直接檢測鋰離子電池的任何泄漏的方法。這種新方法使用泄漏的電解液溶劑作為示蹤氣體。在真空中直接檢測氣態(tài)電解液泄漏。 18lINF1CON儀能夠識別鋰離子電芯中氦等效漏率低直徑只有幾微米。剛性真空室適用于具對于柔軟的軟包電芯，INFICON開發(fā)出了一種柔性膜真空室并已獲得專利，這種真空室在檢測期間可以緊貼軟包電芯。作為載體層，柔性膜可以保護電芯在真產(chǎn)生真空后，電解液溶劑從潛在漏點溢出至真空室中。由于真空室中的絕對空氣壓力只有幾毫巴，因此，溶劑將立即質(zhì)譜儀檢測到。ELT3000能夠直接檢測所有常見的電解液溶劑，例如碳酸二甲儀的設(shè)計使其既適合在開發(fā)部門的手工工作場所使用，又適合在自動化生產(chǎn)線中同時檢測多個電芯。純測量時間約為10秒；抽空時間取決于所用真空室和泵柔性膜真空室可防止易碎的軟包電芯損壞。在真空檢測前由檢測人員用 19lINF1CONINFICON推出的新型電池檢漏儀采用質(zhì)譜技術(shù)，可檢漏率比傳統(tǒng)壓力測量法小1,000倍—這是電芯達到10年目標(biāo)在這種特別的電芯檢測應(yīng)用場景中，ELT3000的可靠性也要遠遠高于氦轟擊等方法。在氦轟擊法中，電芯先被放入真空室，然后在正壓下暴露于氦氣環(huán)境中。這是為了使示蹤氣體氦氣通過任何漏點進入電芯。然后在最后一步中在氦氣再次通過漏點逸出時對氦氣進行無論如何，確切的泄漏位置和電芯位置對于氦轟擊法的成功而言都至關(guān)重要：例如，如果漏點位于電芯底部，則最終真空檢測無法可靠地檢測示蹤氣體，因氦轟擊法不適合對電芯進行泄漏檢測的原因。 20lINF1CON為電芯內(nèi)很輕的氦氣會升高至頂部，有時甚至不會從底部漏點逸出。全新的直接檢測法則沒有這些問題：對預(yù)充注鋰離子電池進行檢測時，無論使用方形、圓柱形還是軟包電芯，都能兼顧準確性電池包殼體具有特定的防漏要求，因為它們必須為其內(nèi)部的電池模組和電芯提供防水保護。根據(jù)在汽車中的安裝位置，護等級的要求。如果殼體可能暴露于高壓清洗機的射流中，則防護等級必須達到IP69K。但是，如果汽車動力電池下方安裝有另一塊底板，則電池包殼體只種特定漏率限值再次執(zhí)行檢測取決于殼體的制造材料。鋼和塑料的要求相對不 21lINF1CON—無論是鋰離子電池殼體、電源控制單元殼體、電機殼體還是電子模塊殼體，載1米深處浸浴30分鐘后，部件必須保留其全部功能。在某些情況下，這意味著不得有任何類型的水滲入部件中。更詳細地了解IP67的要求可以一點，只有使用現(xiàn)代化的示蹤氣體法才能檢測要求的漏率限值。第二點，殼體材料本身對防漏要求有重大影響，因為與一些材料相比，水滴更易從另一些材IP67的定義。 22lINF1CON如果在上述壓力條件下的實驗中使用這種玻璃毛細管，則第一個水滴很快就會出現(xiàn)，但要經(jīng)過30多分鐘后才會從玻璃上分離。理論上，當(dāng)玻璃毛細管直徑為平衡。實驗表明，在30分鐘內(nèi)，即使玻璃毛細管直徑為15微米，也不會再形按照IP67(100毫巴過壓)的要求檢測各種材料時的滲水極限直 23lINF1CON通常，水滴與玻璃的分離效果相對較差，因為水能夠很好地附著在玻璃表面上。水滴在鋼或ABS等其他材料上的附著性比玻璃略好。此處所述的泄漏導(dǎo)致水在0.1巴的壓差下滲入殼體之前，泄漏通道的直徑必須稍大一些。如要確保鋼或防護等級IP67要求，在規(guī)定的浸浴過程結(jié)束后，部件的全部功能保持不變。IP67未明確要求的是，在壓差為0.1巴的30分鐘浸浴過程中根本不能有水滲入部件中。如果制造商決定可以容許幾滴水滲入，因為這不會影響部件的功能，則制造商可以相應(yīng)地選擇其他漏率而不是漏率下限進行檢測。例如，如果部件具有帶聚合物密封墊的ABS或鋼制殼體，則按照5?10-3毫巴?升/秒(約0.3標(biāo)準立方厘米/分鐘)的漏率限值進行檢測將確保只有個別的水滴會滲入。但是，為了檢測是否完全防水，需要采用 24lINF1CON氣體漏率與水漏率之間的關(guān)系。在實踐中，10-3毫巴?升/秒(0.06標(biāo)準立方厘米/分鐘)數(shù)量級的漏率代表使用傳統(tǒng)壓力衰減檢測法在理想條件下能夠檢測的漏率限值。因此，在生產(chǎn)中進行泄漏檢測時，許多制造商僅依靠可達10-2毫巴?升/秒(或可達1標(biāo)準立方厘米/分鐘)的漏率限值，在檢測粗漏時則依靠通常沒有那么可靠的壓力衰減檢測法。這是因為，在檢測過程中，即使最小的溫度波動也會對壓力變化的測量產(chǎn)生嚴重影響，尤其是在部件體積較大時。這在壓力衰減檢測中無法完全得到補償，并且很容易導(dǎo)致誤檢或漏檢結(jié)果。因此，對于10-3毫巴?升/秒或更小(<0.06標(biāo)準立方厘米/分鐘)范圍內(nèi)的所有漏率限值，更適合采用可靠性更高的基于示蹤氣體的方法，因為它們不受溫度的影響。具體檢測方法的選擇還取決于部件能夠承受的壓差。許多設(shè)計滿足防護等級IP67的部件只能承受相對較小的0.1或0.2巴的 25lINF1CON相比之下，尚未組裝的鑄鋁殼體能夠承氣泄漏檢測是初步檢測這種鑄鋁殼體密封性的一種合適的方法。除了靈敏度高塊化檢漏儀(例如LDS3000)能夠在生產(chǎn)線上實現(xiàn)特別短的生產(chǎn)周期。在真空法中，試件先被抽空，再被充注壓力大于等于1巴的示蹤氣體氦氣，然后在真空室內(nèi)圍繞試件產(chǎn)生真空。通過這種方式，可以立即檢測到逸出的氦氣?；蛘撸部墒褂眯∮诘扔?巴的壓力，但使用真空法時，壓差都很大，因此，執(zhí)行檢測時必須參照的漏率限值增加了約10倍。這樣，為了檢測鋁制殼體是否完至0.05標(biāo)準立方厘米/分鐘)而是按照10-4毫巴?升/秒(0.1至0.5標(biāo)準立方內(nèi)執(zhí)行檢測。但是，在真空檢測中，材所用相應(yīng)漏率限值之間的基本關(guān)系實際上保持不變。鋼和塑料的要求最低，鋁測試程序也因材料而異。對于由相對容易變形的塑料制成的殼體，無法在檢測開始時將其完全抽空。如要將殼體完全抽空，則只能抽空至最大容許負壓。隨后用示蹤氣體將適度抽空的殼體充注至最大容許正壓。測量逸出的示蹤氣體時，應(yīng)注意，示蹤氣體濃度低于殼體完全抽空時的濃度，因為氦氣仍然留在部件內(nèi)的殘余空氣相混合。因此，測得的實際漏率較低，始終必須使用必要的系數(shù)進在生產(chǎn)線上檢測部件密封性的最快、最準確的方法是在真空室中進行氦氣檢測。對已組裝和未組裝殼體進行整體泄漏檢測的另一種選擇是累積檢測，盡管這種方法所需的生產(chǎn)周期有點長?？衫煤?26lINF1CON單的累積室確定示蹤氣體是否從試件內(nèi)部逸出。風(fēng)扇確保逸出的示蹤氣體在累積室內(nèi)分布并累積于此，以由固定式傳漏儀可在這種檢測系統(tǒng)中使用。它使用95%的氮氣組成的不可燃混合氣)作為示蹤氣體。盡管可檢漏率低至10-5毫巴累積室的死區(qū)容積也相應(yīng)較低，但是，使用LDS3000AQ進行累積檢測的成本卻與簡單的空氣檢測同樣低。因此，累積檢測適合由塑料或鋼制成的殼體。對例如，如果制造商想要對已組裝電池包的密封墊進行完整性檢測，真空檢測并不可取，因為過高的壓差會損壞密封墊，而負壓會毀壞已安裝的電容器。對成品電池包和已組裝殼體進行檢測時，建議使用基于示蹤氣體的吸槍檢漏法。既可將吸槍檢漏儀的測量探尖連接至機械臂，使其隨機械臂沿著殼體底部與蓋板之間的所有連接點移動；又可由一名檢測人員手動引導(dǎo)測量探尖越過殼體上的問題點。原則上分為靜態(tài)檢漏(即吸槍探尖在定義點上方停留幾秒，然后繼續(xù)移動至下一個點)與動態(tài)檢漏。在后一種情況下，機械臂或檢測人員在表面上(例如沿著焊縫或已安裝的密封墊)連續(xù)移使用LDS3000AQ檢漏儀進行累積檢漏 27lINF1CON在靜態(tài)和動態(tài)吸槍檢漏中，吸槍探尖與試件表面之間都應(yīng)保持最小可能安全距離，尤其是在使用機械臂進行自動化檢測時。這是因為，雖然吸槍探尖不得接觸部件，但必須仍能可靠地檢測到逸出的示蹤氣體云。在這種情況下，部件公差和潛在漏點的可達性是限制因素。此外，無論如何，機器人檢測系統(tǒng)都應(yīng)位于屏蔽區(qū)域內(nèi)，以免逸出的示蹤氣體云被吹散—理想情況下，機器人站的有機玻璃安全罩也將保護檢測免受生產(chǎn)區(qū)在動態(tài)機器人吸槍檢漏中，除了吸槍探尖的最小可能安全距離之外，吸槍流量大小也發(fā)揮著決定性的作用。因此，為使用LDS3000模塊化檢漏儀以及XL吸槍適配器進行機器人吸槍檢漏的示意圖。了能夠高度可靠地執(zhí)行機器人檢漏，吸槍檢漏儀必須以高氣體流量吸入待檢測空氣。傳統(tǒng)吸槍檢漏儀工作時的氣體流量通常只有60標(biāo)準立方厘米/分鐘，因XL3000flex，這兩款檢漏儀的氣體流量高達3000標(biāo)準立方厘米/分鐘。它們專門開發(fā)用于執(zhí)行快速機器人檢漏。到10-4毫巴?升/秒(低至0動態(tài)機器人檢漏。憑借靜態(tài)機器人吸槍檢漏以及與試件保持最小可能距離，這款檢漏儀的可檢漏率實際上可達10-5毫度更高。因此，建議使用這款檢漏儀進檢漏。XL3000flex既可使用氦氣蹤氣體，又可使用經(jīng)濟的合成氣體工作?？偩€接口使XL3000flex能夠輕松集成到lINF1CON動態(tài)機器人吸槍檢漏用于對完全組裝的電池包進行泄漏檢測。首先，部件被抽巴的示蹤氣體過壓。機械臂隨后自動引導(dǎo)示蹤氣體傳感器沿著電池包的密封墊移動，以檢測任何泄漏的示蹤氣體。在這種情況下，任何泄漏通道都由一側(cè)的殼體材料(通常是鋁)與另一側(cè)的密封墊聚合物組成。相應(yīng)地，檢測密封墊所用的漏率限值也應(yīng)在材料的典型漏率之間取平均值。因此，對于這種檢測場景，盡管純鋁材料要求在10-5毫巴?升/秒機器人吸槍檢漏的兩項限制因素。1)最大壓差2)真實漏率與顯示漏率之比。示蹤氣體濃度對漏率測量的影響動態(tài)吸槍檢漏應(yīng)同時完成兩個目標(biāo)：首先，應(yīng)檢測試件在更大面積上是否有任何泄漏；其次，應(yīng)以盡可能快的速度完成該操作。遺憾的是，這兩個目標(biāo)很難相互調(diào)和。這是因為，漏率越低，逸出的示蹤氣體云在泄漏位置分布得許多傳統(tǒng)吸槍檢漏儀通過吸槍探尖以只有60至300標(biāo)準立方厘米/分鐘的顆粒流量范圍吸入氣體。有些時候，如果用手小心地操作吸槍探尖，例如如果只有幾個檢測點并且只是靠近表面緩慢地移動吸槍探尖，這是足夠的。但是，動態(tài)漏油的動態(tài)機器人吸槍檢漏，漏率為10-3毫巴.升/秒。 30lINF1CON一系列測試說明了探尖的掃描速度或前進速度有什么影響，例如在按照1?10-3安全距離，漏率為1?10-3毫巴?升/秒的檢測為例—參見第31頁的圖)。令人清醒的結(jié)果是：以只有60標(biāo)準立方厘米/分鐘的流量吸入氣體的傳統(tǒng)市售吸和XL3000flex)才能滿足動態(tài)機器人吸槍檢漏的要求。如果機械臂引導(dǎo)這些檢漏儀的測量探尖以低于約14厘米/秒(5.5英寸/秒)的速度在試件表面上方標(biāo)準立方厘米/分鐘)的泄漏。檢測速度高于14厘米/秒(5.5英寸/秒)時，檢測，則可證實高氣體流量的必要性。同樣，只有氣體流量為3000標(biāo)準立方厘米/分鐘的檢漏儀才能達到100%的泄漏檢出率。但是，這需要將測量探尖(XL3000flex)。 31lINF1CON足帶聚合物密封墊的鋁制殼體有些高的防漏要求，即漏率限值在10-4毫巴?升/范圍內(nèi)。即使在試生產(chǎn)中仍然由檢測人員手動執(zhí)行吸槍檢漏，在流水生產(chǎn)中通常建議使用檢漏儀(例如ProtecP3000XL或XL3000flex)進行自動化檢SensistorSentrac執(zhí)行手動檢測以檢驗SensistorSentrac—合成氣體手動吸槍泄漏檢測儀。動力電池是否得到可靠冷卻會影響其運行安全和使用壽命。電池在駕駛模式下和充電過程中會變熱。因此，務(wù)必確保電芯以及動力電池的電子控制單不同的冷卻系統(tǒng)：被動風(fēng)冷系統(tǒng)和主動液冷系統(tǒng)。在后一種情況下，必須再次根據(jù)液體介質(zhì)進行區(qū)分。液體介質(zhì)包括卻通道通常由鋁或銅制成。冷卻部件泄漏檢測的目的不只是確保電池得到有效冷卻。如果水或制冷劑漏出，則電芯和在特斯拉ModelS等純電動汽車中，18650型圓柱形電芯組合成電池模組。16個這樣的模組則構(gòu)成一個電池包。引導(dǎo)水-乙二醇混合液通過電池模組的冷 32lINF1CON卻盤管沿著S形路徑穿過各層圓柱形電模組組合成一個電池包。這種電池結(jié)構(gòu)由方形電芯組成電池模組結(jié)構(gòu)的一個示量更多的冷卻板之間分層排列，冷卻板圓柱形電芯冷卻示意圖和冷卻旋管圖示。則連接至布滿制冷劑管的底板。電池模組通過來自汽車空調(diào)系統(tǒng)的旁路并因此方形電芯冷卻示意圖。具體的防漏要求取決于冷卻介質(zhì)。對于?升/秒至0.5標(biāo)準立方厘米/分鐘)的漏率限值可能誤導(dǎo)檢測人員使用簡單的壓力衰減法來確定部件的水密性。但遺憾的是，壓力衰減檢測并不適合這種應(yīng)用。由于其本身的性質(zhì)，冷卻回路部件(例如冷卻板和熱交換器)極易受到溫度波動的 33lINF1CON影響—隨著溫度的變化，測試部件中測得的空氣壓力也出現(xiàn)變化。僅0.1攝氏度的溫度波動已經(jīng)可以使壓力衰減檢在簡單的累積室中測試冷卻回路部件反而更有意義。在此過程中，逸出的示蹤氣體聚集在檢測室中，數(shù)秒鐘后便能被檢測到。除了氦氣之外，也可使用成本特別低的合成氣體，即由95%的氮氣與5%的氫氣組成的不可燃混的一款新型LDS3000AQ檢漏儀。它使用簡單的累積法檢測液體泄漏，可靠性堪比以往更加復(fù)雜的氦氣真空檢測法。這款檢漏儀的可檢漏率在10-5毫巴?升/秒的范圍內(nèi)，檢測成本則與簡單的空氣檢測同樣低。然而，氦氣真空測試確實具有一項優(yōu)勢，因其能夠電芯制造完成、灌注電解液并組合成電池模組，進而再將電池模組合并成電池包后，這些電池包仍需安裝到電動汽車中。也就是說，汽車制造商也會發(fā)現(xiàn)自己面臨涉及到冷卻回路的泄漏檢測任務(wù)。安裝動力電池后，原始設(shè)備制造商必須對水-乙二醇回路或制冷劑回路的接頭制冷劑冷卻的確切漏率限值取決于其規(guī)格。相應(yīng)制冷劑的容許漏率(通常以克/0.005標(biāo)準立方厘米/分鐘)的范圍內(nèi)。然而，在吸槍檢漏期間，有些檢漏儀能夠使用相應(yīng)制冷劑本身作為示蹤氣體，并由此直接檢測溢出的制冷劑。用于檢測乙二醇和制冷劑的EcotecE3000多氣體檢漏儀。 34lINF1CONINFICONEcotecE3000便是具有此類特性的多氣體泄漏檢測儀，用戶可從所有相關(guān)制冷劑庫中選擇具體情況下所需的制冷劑。吸槍檢漏是在充注閥關(guān)閉后必須按照10-3毫巴?升/秒(0.1至0.5標(biāo)準立方厘米/分鐘)的漏率限值檢測水-乙二醇冷卻回路的密封性。為此，既可使用合成氣體(和SensistorSentrac)進行吸槍檢漏，又可使用氦氣(以及漏儀都使用高達3000標(biāo)準立方厘米/分么高氣體流量在機器人吸槍檢漏中至關(guān)重要”所述，這是自動化吸槍檢漏的前在生產(chǎn)條件下具有更高的可靠性。這款檢漏儀適合惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，具有較高的處理速度，即使在示蹤氣體本底濃度它們與純電動汽車的部件有著相同的防漏要求。這是因為兩類汽車最終都由相燃料電池汽車燃料電池汽車(FCEV)的布局。 35lINF1CON同的電機驅(qū)動。為這些電機供電的鋰離子電池也基本相同，只是燃料電池汽車中鋰離子電池的體積要小得多，電池容量也更低。這是因為它們在燃料電池電動汽車中僅用作緩沖電池。其任務(wù)是暫時存儲電能，從而使燃料電池始終能夠在最佳運行點運行。動力電池的各種檢測任務(wù)與第3章“電芯檢測方法”和第4章“對電池包殼體的要求”中已描氣部件和電子部件”中討論電機的具體燃料電池電動汽車與純電動汽車的根本區(qū)別在于前者自己產(chǎn)生電能。燃料電池燃料電池)中產(chǎn)生電能。氫與大氣氧的這種受控反應(yīng)所產(chǎn)生的唯一廢氣是對生態(tài)完全無害的水蒸氣。因此，雖然其電氣部件和電池的檢測要求與純電動汽車或插電式混合動力汽車相同，燃料電池電動汽車卻面臨燃料電池部件必須滿足許多防漏要求的額外挑戰(zhàn)。燃料電池電動汽車的儲氫罐、氫管路和氫回路也需要進行泄漏檢測—這些將在第7章組裝好的燃料電池堆。燃料電池堆是燃料電池汽車的“心臟”。這些燃料電池堆由兩個端板和幾個夾在二者中間的雙極板組成。雙極板由膜電板的功能是將一個電池的陽極連接至另一個電池的陰極。每個雙極板包含兩個燃料電池堆的布局。雙極板—為3種不同的介質(zhì)提供3種不同的通道。一個內(nèi)部冷卻回路。從工藝氣體流的腔開始，工藝氣體氫和大氣氧通過所謂的流場被大面積地引導(dǎo)至膜電極的薄膜處。相應(yīng)的高溫冷卻回路的任務(wù)是為整個燃b.氫泄漏，隨后通過陽極與陰極之間的所謂交叉泄漏或通過在密封墊處向外泄漏與氧失控c.冷卻液損失，由此導(dǎo)致效率損失和燃料電池d.氫泄漏到冷卻回路中，這一方面具有腐蝕作用，另一方面會降低冷卻效率甚至損壞泵，燃料電池的失效機理。 37lINF1CON不同燃料的可燃性極限。通常應(yīng)按照10-4至10-6毫巴?升高/秒的漏率進行檢測。然而，通常情況下，氫漏率應(yīng)盡可能地低，這只是因為氫在空氣中的氫濃度為4%至73%的整個范圍內(nèi)均可燃。因此，選擇漏率限值時降低一個數(shù)量級并按照10-7毫巴?升/秒高溫冷卻回路中穿過雙極板的制冷劑必須具有低電導(dǎo)率，以避免短路。這是高溫冷卻回路通常使用含有防凍添加劑的去離子水作為冷卻液的原因。為了避免漏檢測。這是液體密封性的常用數(shù)量級，因為這種尺寸的泄漏隨后會被水本身密封。在雙極板的流水生產(chǎn)中，氦氣真空檢測法也是一種可選方法，因其能夠?qū)崿F(xiàn)短生產(chǎn)周期和高吞吐量。在真空檢測中，冷卻通道先被抽空，再被充注氦氣，然后被重新密封。將待檢測的雙極板放入真空室并將真空室抽空后，氦氣檢漏雙極板檢測中的檢測場景。 38lINF1CON燃料電池堆生產(chǎn)中的檢測步驟。卻通道逸出至真空室真空中的任何氦氣。當(dāng)然，每次結(jié)束檢測過程后，都可對所除了冷卻液流經(jīng)雙極板的高溫冷卻回路之外，燃料電池電動汽車還有一個或多個低溫冷卻回路，其作用是使驅(qū)動裝置、變頻器和電源電子裝置等電氣部件的溫度保持在低于60攝氏度的范圍內(nèi)。低溫冷卻回路通過傳統(tǒng)的水-乙二醇混合液工作，也必須接受液對雙極板進行氫泄漏檢測時，也可使用真空法。為此，雙極板的氫腔先被密封并抽空，然后被充注氦氣。在抽空的真空室內(nèi)，檢漏儀(例如LDS3000)隨后可按照10-6或10-7毫巴?升/秒的漏率限值檢測逸出的氦氣。如果沒有檢測到氦氣，則可以確定不會有氫從氫腔泄漏到外面或泄漏到冷卻通道中。如果檢測到泄漏，則可以進一步調(diào)查泄漏原因。這基于以下事實：在真空室中完成 39lINF1CON初始檢測后，雙極板的氫腔中仍然充注有氦氣并且密封。但是，此時，只有雙極板的冷卻通道連接至真空泵。這使LDS3000能夠檢測氦氣是否進入冷卻通道的真空中。如果沒有，則最初檢測到將雙極板組裝成成品燃料電池堆后，將執(zhí)行生產(chǎn)線末端檢測以發(fā)現(xiàn)可能的氫泄漏，雖然在前面的中間步驟完成后執(zhí)行檢測也可能有用。對組裝好的雙極板進行泄漏檢測的典型漏率限值范圍為10-3-5毫巴?升/秒(0.1至0.005標(biāo)準立方厘米/分鐘)。但是，前面已經(jīng)討論過，在個別情況下，漏率限值可以低至10-7毫巴?升/秒。對組裝好的燃料電池堆執(zhí)行所有這些檢測時，也可使用氦氣作為示蹤氣體，這只是因為用氫檢測會帶來燃料電池意外開始工作并產(chǎn)生電能的風(fēng)險。同樣出于安全原因，不應(yīng)使用氫作為示蹤氣體，因為氫回路出現(xiàn)粗漏可能迅速導(dǎo)致空氣中的氫濃度超過4%,從而產(chǎn)生可燃混合氣。需要對燃料電池的介質(zhì)分配板(它引導(dǎo)氫、空氣和制冷件進行額外的泄漏檢測。由于氫和大氣氧在雙極板的膜電極處不會完全相互反應(yīng)，因此，氣體在經(jīng)過水分離器后會在燃料電池中循環(huán)和再利用。同樣，在理燃料電池堆吸槍檢測。燃料電池汽車上安裝的儲氫罐通常是由復(fù)合材料制成的所謂IV型儲氫罐。這些加壓罐的作用是能夠隨車攜帶更多氫氣。IV型儲氫罐的強度通常由碳纖維結(jié)構(gòu)來保證；這些儲氫罐帶有聚合物層內(nèi)襯。乘用車的IV型加壓儲氫罐通常設(shè)計為最 40lINF1CON豐田Mirai上安裝的儲氫罐。英寸)的工作壓力，客車上容積大得多的儲氫罐則設(shè)計為最高只能承受350巴配備兩個儲氫罐，每個儲氫罐的容積約的儲氫罐容積則介于1,300至1,700升燃料電池汽車儲氫罐的密封性和漏率要求源于為這些儲氫罐規(guī)定最大滲透率的許多國際標(biāo)準。例如，這些標(biāo)準包括對于連續(xù)運行，ISO15869標(biāo)準的B.16規(guī)定，壓力為350巴/5,000磅/平方英應(yīng)小于每升儲氫罐容積每小時2立方厘EU406-2010標(biāo)準的規(guī)定，在連續(xù)運行期間，滲透率必須小于每升儲 41lINF1CON測得的滲透率大于0.005毫克/秒(相當(dāng)于3.6標(biāo)準毫升/分鐘=3.6標(biāo)準立方厘米/分鐘)，則需要進行局部泄漏檢測，以確保任何單個漏點處的總值不超的B.16所規(guī)定滲透率限值換算得到的氦氣漏率限值為2.3?10-2毫巴?升/秒(1.4標(biāo)準立方厘米/分鐘)。儲氫罐容積相同毫巴?升/秒(1標(biāo)準立方厘米/分鐘)。準的5.3.3.(c)，最大容許漏率限值最終為6?10-2毫巴?升/秒(3.6標(biāo)準立方厘準—因此漏率限值在10-2毫巴?升/秒(1至3標(biāo)準立方厘米/分鐘)的范圍內(nèi)—甚至還要按照10-3毫巴?升/秒的漏率進行檢測。這是因為儲氫罐制造材料的實際滲透率通常比標(biāo)準所要求的只有將所需的配件和閥連接至儲氫罐時，原來的罐體才成為所謂的罐模塊。使用氦氣進行真空泄漏檢測以及使用合成氣體進行累積檢測這兩種方法都適用于罐體的初步檢測。由于目前生產(chǎn)中的部件數(shù)量通常沒有那么多，因此值得進行更復(fù)雜的真空檢測，因其生產(chǎn)周期更短；累積檢測目前發(fā)揮更重要的作用。這尤其適用于客車上的大型儲氫罐。它們的容積通常可達1,700升，并 42lINF1CON在容積可達4,000升的累積室中進行檢測。為了降低示蹤氣體成本，這樣的試件中充注成本較低的合成氣體，但壓這種兩倍大的工作壓力也適用于爆破試驗(但事先要用水執(zhí)行)。但是，高示蹤氣體壓力也是累積檢測的必要條件，否則無法在相當(dāng)大的累積室中檢測到明顯更低的漏率。由于高檢測壓力，累積室中有一個在壓力過大時會打開的緊急無論對吞吐量較高的客車儲氫罐還是對容積較小的乘用車儲氫罐進行密封性檢測，通常也都可以使用氦氣真空檢測法。但是，對于客車的大型儲氫罐，這還需要進行泵組方面的相應(yīng)投資，以便能夠快速抽空大容積真空室，從而實現(xiàn)相較于累積檢測的基本速度優(yōu)勢。由于真空室本身必須比簡單的累積室更防漏，因此無法在真空室安裝緊急出口。相反，必須為真空室配備一個安全罩，以防止在儲氫罐爆炸時造成損壞。然而，由于真空法的靈敏度一般，可顯著降低示蹤氣體中的氦氣濃度，或者為試件充注比工作壓力更低的壓力，這兩種做法都可標(biāo)準立方厘米/分鐘)，而不是5?10-2即使將罐體與所有配件(充注閥和出口閥以及壓力傳感器)組裝到一起后，仍需執(zhí)行泄漏檢測。但是，此時通常使用儲氫罐配件吸槍檢漏。 43lINF1CON所謂的吸槍檢漏法。為試件(即成品儲并密封。然后沿著儲氫罐表面(整個表吸槍檢漏基本上分為手動吸槍檢漏和自動機器人吸槍檢漏。在后一種情況下，經(jīng)過編程的機械臂代替檢測人員引導(dǎo)吸槍探尖在試件表面上方移動。如“技術(shù)點2：為什么高氣體流量在機器人吸槍檢漏中至關(guān)重要”所述，氣體流量發(fā)揮決定性的作用，尤其是在連續(xù)移動吸槍探尖進行動態(tài)吸達3000標(biāo)準立方厘米/分鐘的氣體流量工作—它們專門開發(fā)用于執(zhí)行快速機器人檢漏。成品儲氫罐的這些生產(chǎn)線末在車輛中安裝部件期間的泄漏檢測。 44lINF1CON就其本質(zhì)而言，水是車輛中所有電氣部件和電子部件的主要“敵人”。因此，這些部件殼體的水密性是一項重要要求—通常要確保其符合防護等級IP67的要求。殼體材料與執(zhí)行檢測必須參照的漏率限值的最終要求之間的密切關(guān)系已在“技術(shù)點1：IP67—殼體材料決定漏率限值”中做過介紹。除了對殼體水密性(對車輛的電源控制單元和電子模塊至關(guān)重要)的一般要求之外，對電機的冷卻回路也有防漏要求。另一方面，對于高級駕駛自動化系統(tǒng)(ADAS)，為了長期確保功能可靠性，除了其他因素之外，該系統(tǒng)的傳感器也必 45lINF1CON到目前為止，傳感器泄漏檢測通常采用靈敏度較低且與溫度密切相關(guān)的壓力衰減法。在壓力衰減檢測期間，溫度升高將隱藏潛在的漏點，而溫度降低將導(dǎo)致誤識別漏點和假警報。然而，隨著對自動駕駛汽車需求的增加，對ADAS系統(tǒng)激光雷達(光探測和測距)傳感器密封性的要求也越來越高。對ADAS而言，百萬分之3.4的缺陷率是不可想象的。ADAS部件制造商遵循零缺陷策略—或激光雷達技術(shù)的傳感器必須兼具水密性和氣密性才能防止?jié)駳鉂B入其中。這意味著需要使用其他檢漏法。因此，制造商使用氦氣真空檢測法按照10-6至10-7毫巴?升/秒范圍內(nèi)的漏率對其雷達和激光雷達傳感器進行檢測。氦氣真空檢測法也可用于將電纜送入殼體內(nèi)的?？刂颇K通常通過Gore-Tex?防水膜進行壓力補償。在這種情況下，基于示蹤氣體的累積法用于保