전기차 전환, 차량 안전을 위한 새로운 누출 검출 과제 제기

오늘날 대체 구동 시스템 차량 생산의 빠르고 예상치 못한 성장은 자동차 제조사와 제조 파트너에게 차량 품질을 보장하기 위한 광범위한 누출 검출 과제를 안겨주고 있습니다.

예를 들어 배터리 전기차(BEV)와 플러그인 하이브리드 전기차(PHEV)용으로 제조된 견인 배터리 시스템은 배터리 수명을 단축하거나 화재를 일으킬 수 있는 물과 습기로부터 보호되어야 합니다. 연료전지 전기차(FCEV)도 고유한 누출 테스트 요구사항을 가지며, 특히 수소 탱크, 연료전지, 전기 모터를 구동하는 배터리에 해당합니다.

INFICON은 제조 및 품질 관리 엔지니어를 위한 전기차 및 연료전지 차량 누출 테스트에 대한 포괄적인 50페이지 가이드를 발행했습니다. 이 가이드는 배터리 셀, 배터리 하우징, 전기 모터, 모터 냉각 회로, 연료전지, 수소 탱크 등 다양한 애플리케이션에 대한 누출 검출 방법을 다룹니다. 전자 부품, 제어 모듈, ADAS 센서도 다룹니다.

EV 판매 증가와 함께 안전 우려도 커져

승용차만 전기화되는 게 아닙니다. McKinsey & Co.와 세계경제포럼의 최근 조사에 따르면 상용차에서도 내연기관에서 전기 구동 시스템으로의 큰 전환이 예상됩니다. EV 생산이 증가함에 따라 품질 우려도 증폭될 것입니다.

신뢰할 수 있는 누출 테스트는 생산 공정 전반에서 필수적입니다. EV 배터리 셀, 배터리 팩, 배터리 냉각 회로, 전기 모터 및 EV 애플리케이션용으로 수정된 기타 시스템 모두 품질과 안전을 보장하기 위해 누출 테스트가 필요합니다. 누출 테스트는 배터리 셀 전해질이 배터리 생산의 모든 단계에서 누출되지 않거나 물과 접촉하지 않음을 보장합니다. 배터리 모듈과 배터리 팩 하우징의 무결성을 보장하는 것도 중요합니다. 왜냐면 배터리 셀 전해질은 인화성이 높고 차량 화재를 일으킬 수 있기 때문입니다.

OEM 조립 공장으로 운송 중 배터리 셀 손상도 고려해야 합니다. 단일 배터리 셀의 '열폭주(thermal runaway)'는 타는 전해질이 최대 1,100°C(2,012°F) 온도에 도달하게 할 수 있습니다.

배터리 셀 누출 테스트 방법

오늘날 자동차 제조사는 리튬이온 배터리가 최대 10년 이상의 수명을 가지길 기대합니다. 연장된 셀 수명을 달성하기 위해 각형 및 원통형 배터리 셀의 누출률은 10-6 ~ 10-8 mbar-l/s 범위 내에 있어야 합니다. 파우치 셀은 크거나 소위 '거시적' 누출뿐만 아니라 극도로 작은 '모세관' 누출도 테스트해야 합니다.

질량 분석기 기술 기반의 새로운 누출 검출 시스템은 이전보다 1,000배 더 작은 누출을 포착할 수 있습니다. 예를 들어 INFICON ELT3000 테스트 장치는 단 몇 미크론 직경의 누출을 식별할 수 있습니다. 파우치 셀 손상을 방지하도록 설계된 유연한 테스트 챔버도 INFICON에 의해 개발되어 파우치 셀의 진공 테스트를 지원합니다.

배터리 팩 하우징 누출 테스트

배터리 팩 하우징은 배터리 모듈과 셀을 물로부터 보호하므로 특정한 누출 검출 요구사항이 있습니다. 위치에 따라 하우징은 IP67 또는 IP69K 보호 등급 요건을 충족해야 합니다. 리튬이온 배터리, 파워 컨트롤 유닛, 전기 모터, 전자 모듈 등 전기 부품용 하우징은 종종 IP67에 따라 설계됩니다. (IP67 테스트는 구성요소가 1m 수심에서 30분 침수 후 완전히 기능해야 함을 요구합니다.)

생산 라인에서 구성요소를 테스트하는 가장 빠르고 정확한 방법은 진공 챔버에서 헬륨 트레이서 가스를 테스트하는 것입니다. 조립 및 비조립 하우징 모두를 테스트하는 또 다른 옵션은 축적 테스트로, 더 긴 사이클 타임이 필요합니다.

이미 조립된 배터리 팩의 가스켓이나 씰 무결성을 테스트하려면 진공 테스트는 옵션이 아닙니다. 이 테스트의 압력 차이는 가스켓을 손상시키거나 이미 설치된 커패시터를 파괴할 수 있습니다. 대안으로, 트레이서 가스 기반 '스니퍼' 누출 검출이 배터리 팩과 조립 하우징에 권장됩니다.

FCEV와 그 구성요소

수소 기술을 사용하는 FCEV의 누출 테스트는 수소 탱크뿐만 아니라 전기 모터에 동력을 공급하는 연료전지와 배터리 팩에도 필수적입니다. FCEV와 BEV는 유사한 누출 검출 요구사항을 가진 여러 구성요소를 공유합니다. 둘 다 리튬이온 배터리로 구동되는 전기 모터로 구동되지만, FCEV 배터리는 훨씬 작고 저장 용량이 적습니다.

그러나 FCEV는 자체 전기 에너지를 생성하며 연료전지 스택, 고온 및 저온 냉각 회로, 수소 탱크, 라인, 재순환 시스템 모두 누출 테스트가 필요합니다.

센서와 전기 구동 모터

BEV든 FCEV든, 차량의 센서, 제어 모듈, 전기 구동 모터 모두 어떤 형태의 누출 테스트가 필요합니다. 물은 모든 차량 전기 부품의 주적입니다. 따라서 방수와 방습은 특히 자율주행이나 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)에 매우 중요합니다.

차량 센서는 종종 감도가 낮고 온도 의존성이 강한 압력 감쇠 테스트로 테스트됩니다. 그러나 ADAS 제조업체는 6시그마 접근법(백만 건당 3.4 오류 허용)보다 1,000배 더 신뢰할 수 있는 무결점 전략을 따릅니다. 레이더와 LiDAR 기술에 사용되는 센서는 방수일 뿐만 아니라 기밀—습기로부터 완전히 밀봉—되어야 합니다.

INFICON 제공 정보에서 편집.

INFICON의 전자책은 제조 엔지니어와 품질 관리 매니저, 공학 학생들을 위해 설계되었습니다. 무료 다운로드 가능.