Peningkatan Akurasi Pengujian Kebocoran Baterai EV untuk Paket Lithium-Ion yang Lebih Aman
Paparan uap air adalah hukuman mati bagi baterai lithium-ion (Li-ion) yang digunakan dalam kendaraan hybrid dan listrik (EV). Jika kelembaban masuk ke sel baterai dan bereaksi dengan elektrolit, ia membuat asam. Dan asam itu dapat menyebabkan reaksi eksotermal, yang mengarah pada runaway termal — kebakaran internal.
Kerusakan sel yang mematikan adalah skenario terburuk namun kebocoran sel apa pun yang memungkinkan intrusi asam adalah masalah. "Jika kebocoran asam menyebar di paket, itu baik masalah garansi dan pelanggan yang tidak senang," kata Thomas Parker, manajer penjualan pasar otomotif di Inficon, pembuat instrumen untuk analisis gas.
Sementara penggunaan gas uji dan peralatan terkait umum saat ini untuk deteksi kebocoran paket baterai, menemukan kebocoran pada level sel adalah tugas yang sangat berbeda. Tiga tipe utama sel baterai — silinder, prismatik, dan kantong — saat ini digunakan dalam EV, dengan sel kantong yang semakin populer karena bobotnya yang lebih ringan. Kantong sel yang diwakili secara tekanan vacum biasanya memeriksa secara visual oleh pekerja untuk menentukan apakah ada yang membesar selama penyimpanan dan pengiriman.
"Penting untuk mengetahui bahwa kebocoran yang akan menyebabkan kantong membesar dalam seminggu tidak mencerminkan ukuran kebocoran yang terjadi dengan masuknya kelembaban selama bulan atau tahun," kata Parker kepada majalah Automotive Engineering SAE. "Kami ingin mengetahui tentang kebocoran yang sejuta kali lebih kecil dari yang akan ditunjukkan oleh tes visual."
Solusi Teknologi Pengujian
Inficon klaim teknologi ELT3000 yang baru dirilis dapat mendeteksi kebocoran sel Li-ion 1.000 kali lebih kecil dari yang mungkin dengan metode pengujian konvensional menggunakan gas uji. Sistem deteksi kebocoran menggunakan ruang vacum, unit kontrol gas, dan unit deteksi gas. Insinyur Inficon menulis perangkat lunak yang mengoperasikan unit kontrol gas dan unit deteksi gas.
Penggunaan spektrometer massa kuadrupol dalam sistem dan cara ruang vacum terhubung ke unit deteksi gas menyoroti keunikan metode pengujian. Perusahaan memiliki paten terdaftar untuk solusi ini, kata Dr. Daniel Wetzig, manajer penelitian Inficon untuk alat deteksi kebocoran.
Selama proses deteksi kebocoran ELT300 pada sel kantong yang terisi elektrolit, peralatan pengujian melindungi kantong sel yang lunak. "Sistem memberikan pengempaan lembut kantong sel dengan membran fleksibel sehingga sampel yang diuji tidak rusak," kata Parker. Permukaan membran fleksibel mencakup struktur yang berfungsi sebagai lapisan batas terpisah. "Kami ingin kantong sel nyaman dan aman. Kami juga tidak ingin membran fleksibel menutup lubang, secara esensial menutupi kebocoran selama pengujian," jelasnya.
Menurut pengembang ELT3000, sistem menyediakan tes kebocoran yang sangat akurat pada sel baterai Li-ion, yang sangat kontras dengan prosedur pengujian tradisional. "Keuntungan utama tes kebocoran adalah sel baterai sudah terisi pelarut elektrolit, jadi tidak ada kebutuhan akan gas tes," kata Wetzig. ELT3000 dapat menangani berbagai tipe pelarut elektrolit termasuk karbonat dimetil (DMC), karbonat etil metil (EMC), dan polipropilena (PP). Inficon mulai meluncurkan peralatan produksi deteksi kebocoran baterai untuk sel kantong, prismatik, dan silinder pada 2020.
Pengujian konvensional saat ini pada sel prismatik atau silinder casing kosong dilakukan dengan mengisi sel dengan gas uji helium untuk mendeteksi kebocoran sementara sel berada di ruang vacum. Elektrolit dimasukkan ke dalam sel setelah pengujian "kering". Metode pengujian yang kurang umum melibatkan penempatan sel yang terisi elektrolit ke dalam ruang vacum dan mengekspos sel pada helium di bawah tekanan, disebut "helium bombing". Kebocoran terdeteksi ketika gas uji helium meloloskan diri ke ruang vacum.
Sistem deteksi kebocoran ELT3000 Inficon dikembangkan oleh peneliti perusahaan di Cologne, Jerman menggunakan teknologi sensor dari kantor pusat Amerika Utara perusahaan di Syracuse, NY. Pengembangan produk berlangsung selama 30 bulan. "Tes kebocoran ELT3000 memberikan jawaban yang jelas tentang ketertiban sel dan oleh karena itu tentang umur baterai," menurut Wetzig.
