E-モビリティはリーク検出の問題を増加させます

代替駆動システムを備えた車両の生産における今日の急速で予想外の成長は、自動車メーカーとその製造パートナーに、車両の品質を確保するためのさまざまなリーク検出の課題をもたらしています。

たとえば、バッテリー式電気自動車（BEV）やプラグインハイブリッド電気自動車（PHEV）用に製造されたトラクションバッテリーシステムは、バッテリーの寿命を縮めたり、火災を引き起こしたりする可能性のある水や湿気から保護する必要があります。燃料電池電気自動車（FCEV）にも、特に水素タンク、燃料電池、および電気モーターを駆動するバッテリーについて、独自のリークテスト要件があります。

INFICONは、製造および品質管理エンジニア向けに、電気自動車および燃料電池自動車のリークテストに関する包括的な50ページのガイドを公開しています。このガイドでは、バッテリーセル、バッテリーハウジング、電気モーター、モーター冷却回路、燃料電池、水素タンクなど、さまざまなアプリケーションのリーク検出方法について説明します。電子部品、制御モジュール、ADASセンサーもカバーされています。

EVの安全性に関する懸念は売り上げとともに拡大

電気を使うのは乗用車だけではありません。マッキンゼー・アンド・カンパニーと世界経済フォーラムによる最近の調査では、商用車用の燃焼エンジンから電気駆動システムへの大きな転換が見られます。 EVの生産量が増えると、品質への懸念も高まります。

信頼性の高いリークテストは、製造プロセス全体で重要です。 EVバッテリーセル、バッテリーパック、バッテリー冷却回路、電気モーター、およびEVアプリケーション用に変更されたその他のシステムはすべて、品質と安全性の両方を保証するためにリークテストを必要とします。リークテストでは、バッテリー製造のすべての段階で、バッテリーセルの電解液がリークしたり、水と接触したりしないことを確認します。バッテリーモジュールとバッテリーパックハウジングの完全性を保証することも重要です。なんで？バッテリーセルの電解液は可燃性が高く、車両の火災を引き起こす可能性があります。

OEMの組立工場への輸送中のバッテリーセルの損傷も考慮する必要があります。単一のバッテリーセルの「熱暴走」により、燃焼している電解液が最大1,100°C（2,012°F）の温度に達する可能性があります。

バッテリーセルのリークテスト方法

今日、自動車メーカーは、リチウムイオン電池の耐用年数が最大10年以上になると予想しています。セルの寿命を延ばすには、角柱および円筒形のバッテリーセルのリークレートが10-6〜10-8 mbar-l/sの範囲内に収まる必要があります。ポーチセルは、大きなまたはいわゆるグロスリーク、および非常に小さな「毛細血管」リークについてテストする必要があります。

質量分析計技術に基づく新しいリーク検出システムは、現在、キャッチすることができます。以前の可能性の1,000分の1のリーク。たとえば、INFICON ELT3000テストデバイスは、直径がわずか数ミクロンのリークを識別できます。ポーチセルの損傷を防ぐように設計された柔軟なテストチャンバーも、ポーチセルの真空テストをサポートするためにINFICONによって開発されました。

バッテリーパックハウジングのリークテスト

バッテリーパックハウジングは、バッテリーモジュールとセルを水から保護するため、特定のリーク検出要件が必要です。ハウジングは、設置場所に応じて、IP67またはIP69K保護クラスの要件を満たす必要があります。リチウムイオン電池、電力制御ユニット、電気モーター、電子モジュールなどの電気部品のハウジングは、多くの場合、IP67に従って設計されています。 （IP67に準拠したテストでは、水深1 mで30分間水に浸した後、コンポーネントが完全に機能する必要があります。）

生産ラインでコンポーネントをテストする最も速くて正確な方法は、真空チャンバー内でヘリウムトレーサーガスをテストすることです。組み立てられたハウジングと組み立てられていないハウジングの両方をテストするための別のオプションは、より長いサイクル時間を必要とする蓄積テストです。

製造業者がすでに組み立てられたバッテリーパックのガスケットまたはシールの完全性をテストしたい場合、真空テストはオプションではありません。このタイプのテストとの圧力差は、ガスケットを損傷したり、すでに取り付けられているコンデンサを破壊したりする可能性があります。別の方法として、バッテリーパックと組み立てられたハウジングには、微量ガスベースの「スニファー」リーク検出をお勧めします。

FCEVとそのコンポーネント

水素技術を利用したFCEVのリークテストは、水素タンクだけでなく、電気モーターに電力を供給する燃料電池やバッテリーパックにも欠かせません。 FCEVとBEVは、同様のリーク検出要件を持つ多くのコンポーネントを共有しています。どちらもリチウムイオン電池を動力源とする電気モーターで駆動されますが、FCEV電池ははるかに小さく、ストレージ容量も少なくなっています。

ただし、FCEVは、独自の電気エネルギーと燃料電池スタックを生成します。高温および低温冷却回路;水素タンク、ライン、再循環システムはすべてリークテストを行う必要があります。

センサーと電気駆動モーター

BEVであろうとFCEVであろうと、車両のセンサー、制御モジュール、電気駆動モーターはすべて、何らかの形のリークテストを必要とします。水は、すべての車両の電気部品の最大の敵です。したがって、水と湿度の気密性は、特に自律型または先進運転支援システム（ADAS）にとって非常に重要です。

車両センサーは、感度が低く、温度に強く依存する圧力減衰テストでテストされることがよくあります。ただし、ADASメーカーは、100万ケースあたり3.4エラーを許容するシックスシグマアプローチよりも1,000倍信頼性の高い欠陥ゼロ戦略に従います。レーダーおよびLiDARテクノロジーに使用されるセンサーは、水密であるだけでなく、気密である必要があります。湿度から完全に密閉されている必要があります。

INFICONから提供された情報から編集。

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