E-모빌리티로 누출 감지 문제 증가

오늘날 대체 구동 시스템이 장착된 차량 생산의 예상치 못한 급속한 성장으로 인해 자동차 제조업체와 제조 파트너는 차량 품질을 보장하기 위한 광범위한 누출 감지 문제를 해결해야 합니다.

예를 들어 배터리 전기 자동차(BEV) 및 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV)용으로 제조된 견인 배터리 시스템은 배터리 수명을 단축하거나 화재를 유발할 수 있는 물과 습기로부터 보호되어야 합니다. 연료 전지 전기 자동차(FCEV)에는 특히 수소 탱크, 연료 전지 및 전기 모터를 구동하는 배터리에 대한 고유한 누출 테스트 요구 사항이 있습니다.

INFICON은 제조 및 품질 관리 엔지니어를 위한 전기 및 연료 전지 차량 누출 테스트에 대한 포괄적인 50페이지 가이드를 발행했습니다. 이 가이드에서는 배터리 셀, 배터리 하우징, 전기 모터, 모터 냉각 회로, 연료 전지 및 수소 탱크를 비롯한 다양한 응용 분야에 대한 누출 감지 방법에 대해 설명합니다. 전자 부품, 제어 모듈 및 ADAS 센서도 다룹니다.

판매와 함께 증가하는 EV 안전 문제

전기차는 승용차뿐만이 아니다. McKinsey &Co.와 세계 경제 포럼(World Economic Forum)의 최근 설문 조사에 따르면 내연 기관에서 상업용 차량용 전기 구동 시스템으로의 주요 전환이 나타났습니다. EV 생산이 증가함에 따라 품질에 대한 우려도 커질 것입니다.

신뢰할 수 있는 누출 테스트는 생산 공정 전반에 걸쳐 매우 중요합니다. EV 배터리 셀, 배터리 팩, 배터리 냉각 회로, 전기 모터 및 EV 애플리케이션용으로 수정된 기타 시스템은 모두 품질과 안전을 모두 보장하기 위해 누출 테스트가 필요합니다. 누출 테스트는 배터리 생산의 모든 단계에서 배터리 셀 전해질이 누출되거나 물과 접촉하지 않도록 합니다. 배터리 모듈과 배터리 팩 하우징의 무결성을 보장하는 것도 중요합니다. 왜요? 배터리 셀 전해액은 가연성이 높으며 차량 화재를 유발할 수 있습니다.

OEM의 조립 공장으로 운송되는 동안 배터리 셀의 손상도 고려해야 합니다. 단일 배터리 셀의 "열 폭주"로 인해 연소된 전해질이 최대 1,100°C(2,012°F)의 온도에 도달할 수 있습니다.

배터리 셀의 누출 테스트 방법

오늘날 자동차 제조업체는 리튬 이온 배터리의 수명이 최대 10년 이상일 것으로 기대하고 있습니다. 셀 수명을 연장하려면 각형 및 원통형 배터리 셀의 누출률이 10-6 ~ 10-8 mbar-l/s 범위 내에 있어야 합니다. 파우치 셀은 대규모 또는 소위 총 누출 및 극도로 작은 "모세관" 누출에 대해 테스트해야 합니다.

질량 분석기 기술을 기반으로 하는 새로운 누출 감지 시스템은 이제 이러한 누출을 포착할 수 있습니다. 이전에 가능했던 것보다 1,000배 작은 누출. 예를 들어 INFICON ELT3000 테스트 장치는 직경이 몇 미크론에 불과한 누출을 식별할 수 있습니다. 파우치 셀의 손상을 방지하도록 설계된 유연한 테스트 챔버도 INFICON에서 개발하여 파우치 셀의 진공 테스트를 지원합니다.

배터리 팩 하우징의 누출 테스트

배터리 팩 하우징은 배터리 모듈과 셀을 물로부터 보호하기 때문에 특정 누출 감지 요구 사항이 필요합니다. 하우징은 위치에 따라 IP67 또는 IP69K 보호 등급 요구 사항을 충족해야 합니다. 리튬 이온 배터리, 전력 제어 장치, 전기 모터 및 전자 모듈과 같은 전기 부품용 하우징은 종종 IP67에 따라 설계됩니다. (IP67에 따라 테스트하려면 1m 깊이의 물에 30분 동안 담근 후 구성 요소가 완전히 작동해야 합니다.)

생산 라인에서 구성 요소를 테스트하는 가장 빠르고 정확한 방법은 진공 챔버에서 헬륨 추적 가스를 테스트하는 것입니다. 조립된 하우징과 조립되지 않은 하우징 모두를 테스트하는 또 다른 옵션은 더 긴 주기 시간이 필요한 축적 테스트입니다.

제조업체가 이미 조립된 배터리 팩의 개스킷 또는 씰의 무결성을 테스트하려는 경우 진공 테스트는 옵션이 아닙니다. 이러한 유형의 테스트에서 압력 차이는 개스킷을 손상시키거나 이미 설치된 커패시터를 파괴할 수 있습니다. 대안으로 배터리 팩 및 조립된 하우징에 대해 미량 가스 기반 "스니퍼" 누출 감지가 권장됩니다.

FCEV 및 그 구성요소

수소 기술을 사용하는 FCEV의 누출 테스트는 수소 탱크뿐만 아니라 전기 모터에 전원을 공급하는 연료 전지 및 배터리 팩에서도 필수적입니다. FCEV와 BEV는 유사한 누출 감지 요구 사항을 가진 여러 구성 요소를 공유합니다. 둘 다 리튬 이온 배터리로 구동되는 전기 모터로 구동되지만 FCEV 배터리는 훨씬 작고 저장 용량도 적습니다.

그러나 FCEV는 자체 전기 에너지와 연료 전지 스택을 생성합니다. 고온 및 저온 냉각 회로; 그리고 수소 탱크, 라인 및 재순환 시스템은 모두 누출 테스트를 받아야 합니다.

센서 및 전기 구동 모터

BEV이든 FCEV이든, 차량의 센서, 제어 모듈 및 전기 구동 모터는 모두 일종의 누출 테스트가 필요합니다. 물은 모든 차량의 전기 부품의 주요 적입니다. 따라서 방수 및 습도 기밀은 특히 자율 또는 ADAS(Advanced Driver Autonomous Systems)에서 매우 중요합니다.

차량 센서는 종종 덜 민감하고 강한 온도 의존적 ​​압력 감쇠 테스트로 테스트됩니다. 그러나 ADAS 제조업체는 백만 건당 3.4개의 오류를 허용하는 식스 시그마 접근 방식보다 1,000배 더 안정적인 무결점 전략을 따릅니다. 레이더 및 LiDAR 기술에 사용되는 센서는 방수가 되어야 할 뿐만 아니라 습기로부터 완전히 차단된 기밀도 유지되어야 합니다.

INFICON에서 제공한 정보에서 수정했습니다.

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