E-モビリティがもたらす新たなリーク検査課題——車両安全性確保への対応

代替駆動システム搭載車両の生産が急速かつ予期せぬ成長を遂げている今日、自動車メーカーとその製造パートナーは、車両品質を確保するために幅広いリーク検査課題に直面しています。

例えば、バッテリー電気自動車（BEV）とプラグインハイブリッド電気自動車（PHEV）向けに製造されるトラクションバッテリーシステムは、バッテリー寿命を縮めたり火災を引き起こしたりする水と湿気から保護されなければなりません。燃料電池電気自動車（FCEV）にも独自のリークテスト要件があり、特に水素タンク、燃料電池、電気モーターを駆動するバッテリーが対象です。

INFICONは、製造および品質管理エンジニア向けに、電気自動車と燃料電池車のリークテストに関する包括的な50ページガイドを公開しました。このガイドは、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、幅広い用途のリーク検出方法について説明しています。電子部品、制御モジュール、ADASセンサーもカバーしています。

EV販売拡大とともに高まる安全懸念

電動化する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の最近の調査では、商用車でも内燃機関から電気駆動システムへの大規模なシフトが予測されています。EV生産が増加するにつれ、品質懸念も増大します。

信頼性の高いリークテストは、生産プロセス全体で不可欠です。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、EV用途に改良されたその他のシステムはすべて、品質と安全性を保証するためにリークテストを必要とします。リークテストは、バッテリーセル電解液がバッテリー生産のあらゆる段階で漏れたり、水と接触したりしないことを確実にします。また、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。なぜか？ バッテリーセル電解液は高度に可燃性であり、車両火災を引き起こす可能性があるからです。

OEMの組立工場へ輸送中のバッテリーセル損傷も考慮する必要があります。単一バッテリーセルの「熱暴走」により、燃焼電解液が最大1,100℃（2,012°F）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バッテリーに10年以上の耐用年数を期待しています。セル寿命を延ばすため、角形および円筒形バッテリーセルのリーク率は10⁻⁶〜10⁻⁸ mbar·L/sの範囲内に収める必要があります。パウチセルは、大規模な「グロスリーク」だけでなく、極めて小さな「毛細管リーク」もテストする必要があります。

質量分析計技術ベースの新しいリーク検出システムは、以前より1,000倍小さなリークを検出できるようになりました。例えば、INFICON ELT3000テスト装置は、わずか数ミクロン径のリークを特定できます。パウチセルの真空テストをサポートするため、パウチセルの損傷を防ぐフレキシブルテストチャンバーも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守るため、特定のリーク検出要件を持ちます。設置場所によって、ハウジングはIP67またはIP69K保護等級要件を満たす必要があります。リチウムイオンバッテリー、パワーコントロールユニット、電気モーター、電子モジュールなどの電気部品ハウジングは、しばしばIP67に準拠して設計されます（IP67テストでは、水深1mで30分浸漬後も完全に機能することが要求されます）。

生産ラインでコンポーネントをテストする最速かつ最も正確な方法は、真空チャンバーでヘリウムトレーサー ガスをテストすることです。組立済みおよび未組立のハウジング両方をテストするもう一つのオプションは蓄積テストですが、より長いサイクルタイムを要します。

メーカー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やシールの完全性をテストしたい場合、真空テストは選択肢になりません。このタイプのテストでの圧力差が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るためです。代替として、トレーサーガスベースの「スニファー」リーク検出がバッテリーパックと組立済みハウジングに推奨されます。

FCEVとそのコンポーネント

水素技術を使用するFCEVのリークテストも、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とバッテリーパックにとって不可欠です。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。両方ともリチウムイオンバッテリーで駆動される電気モーターによって走行しますが、FCEVバッテリーははるかに小さく、貯蔵容量も少ないです。

しかし、FCEVは自ら電気エネルギーを生成し、その燃料電池スタック、高・低温冷却回路、水素タンク、配管、循環システムすべてがリークテストを必要とします。

センサーと電気駆動モーター

BEVであれFCEVであれ、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。水はすべての車両電気部品の第一の敵です。したがって、水と湿気の密閉性は極めて重要です、特に自律走行または高度運転支援システム（ADAS）において。

車両センサーはしばしば、感度が低く温度依存性の強い圧力減衰テストで検査されます。しかし、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の1,000倍の信頼性を持つゼロ欠陥戦略を採用しています。レーダーとLiDAR技術に使用されるセンサーは、防水であるだけでなく、ガス密——湿気から完全に遮断——でなければなりません。

INFICON提供情報より編集。

INFICONの電子書籍は、製造エンジニアと品質管理マネージャー、および工学学生向けに設計されています。無料でダウンロード可能です。