Dichtheitsprüfung von Batteriezellen durch Tracergas-Leckortung mit Helium
Die Dichtheitsprüfung ist ein fundamentaler Bestandteil des Fertigungsprozesses von Batteriezellen, besonders bei der neuen Generationen der Lithium-Ionen Sekundärbatterien.
Die perfekte Dichtheit des Gehäuses ist eine der wichtigsten Eigenschaften, um die Qualität und die lang anhaltende Zuverlässigkeit der Zellen zu garantieren. Auf der einen Seite ist sie nötig, um jeden kleinsten Verlust von Elektrolyten zu verhindern. Elektrolyte bestehen oft aus entflammbaren Komponenten, die auf die Umgebungsfeuchtigkeit reagieren und giftige Verbindungen bilden können. Auf der anderen Seite könnte das Eindringen von Feuchtigkeit oder anderen kontaminierenden Elementen in die Zelle deren korrekte Funktion beeinträchtigen und die Effizienz der Batterie senken.
Generell kann man also sagen, dass die Prüfung der Dichtheit der Batteriezellen ein wesentlicher Schritt in der Fertigungskette von Lithium-Ionen-Zellen ist. Umso wichtiger ist diese Prüfung bei Batteriezellen, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden, um den Standard der Qualität und Sicherheit zu gewährleisten, der in der Automobilindustrie gefordert ist.
Doppelkammermaschine für prismatische Batteriezellen mit zentralem Schlittenwagen zum Be- und Entladen. Messprinzip: allgemeine Prüfung in einer Vakuumkammer mit Helium als Tracergas und Analyse durch Massenspektrometrie.
Die Maschine ist zur Prüfung kompletter Zellen vor dem Einfüllen des Elektrolyts und der Abdichtung konzipiert.
Dieselbe Art von Maschine kann zur Prüfung fertiger Zellen nach dem Füllen und Abdichten verwendet werden. Dabei wird das Helium als Tracergas verwendet, wenn es in die Zelle mit dem Elektrolyt einlassen wird.
Die Maschine besitzt zwei Vakuumkammern, die manuell geöffnet und geschlossen werden. Sie sind an einem verschweißten und lackierten Stahlrahmen mit beweglichen Paneelen montiert. Die Kammern arbeiten abwechselnd. Wenn eine Kammer geschlossen wird und der Prüfzyklus läuft, ist die andere Kammer zum Be- und Entladen geöffnet. Das Vakuum-Pumpsystem befindet sich hinter den Kammern. Die Schränke, die die elektrische Schalttafel und die Analysesysteme enthalten, sind am Rahmen befestigt, während die pneumatischen Tafeln zur Verteilung des Prozessgases an den Vakuumkammern befestigt sind. Beide Kammern werden automatisch zur Mitte der Maschine hin geöffnet, sodass das Be- und Entladen bei beiden aus derselben Position erfolgt und durch optische Sicherheitsschranken geschützt ist. Die Benutzeroberfläche besteht aus einem Farbbildschirm mit Touchscreen und zwei Fernbedienungen (eine für jede Kammer) mit Tasten und Leuchtanzeigen für den Bediener. Die Vorrichtung hat getrennte Auslassöffnungen für Helium und Luft und eignet sich zum Anschluss an ein Helium-Auffangsystem.
- Eigenes Pumpsystem für die Analyse - Gesamtdurchfluss
- Pumpsystem auf Wagen zur einfacheren Wartung
- Jeweils eigener Strom- und Pneumatikschrank
- Lüftung und Schalldämmung für das Pumpsystem
- Komplett personalisierbare Benutzeroberfläche
Basiskonfiguration der Maschine
- Für manuelles Beladen eingerichtet
- Prüfdruck: 3 bar absolut
- Ausgaberate: 1 Stück alle 5 s (8 Stück alle 40 s)
- Leckrate: ~10-6 scc/s
Verschiedene Konfigurationen
- Vollautomatische Lösung mit Integration in die Montagelinie möglich
- Verschiedene Ausführungen (Anzahl der Kammern, Anzahl der Zellen in der Kammer, ...) je nach Anforderungen der Kunden möglich
- Dichtheitsprüfung des Gehäuses
Die Prüfung kann zuerst am Zellengehäuse vorgenommen werden, bevor die Elektroden montiert werden, um zu verhindern, undichte Komponenten an die folgenden Montagevorgänge weiterzuleiten
Eigene Werkzeuge innerhalb der Station werden verwendet, um die Zelle abzudichten und mit dem Tracergas (He) zu füllen
- Dichtheitsprüfung vor Einfüllung des Elektrolyts und Abdichtung
Nach dem Einsetzen der Elektroden in das Zellengehäuse wird die Zelle, je nach Art der Batterie, mit einer Abdeckung abgedichtet, wobei ein Kanal offen gelassen wird, um im nächsten Schritt den Elektrolyt einzufüllen. Zu diesem Zeitpunkt kann die Zelle geprüft werden, um eventuelle Schweißlecks an der Abdeckung festzustellen
- Prüfung der Zelle nach dem Einfüllen und der Abdichtung (Einlass von Helium mit Elektrolyt)
Während des Einfüllens des Elektrolyts und vor dem Abdichten ist es möglich, ein Inertgas wie Helium in die Zelle einzulassen oder das Abdichten in einer mit Helium gesättigten Atmosphäre durchzuführen. In diesem Zustand kann eine Prüfung mit Helium als Tracergas in einer Vakuumkammer durchgeführt werden
- Prüfung der Zelle nach dem Einfüllen und der Abdichtung (Bombing-Methode)
Die geprüfte Zelle wird zuerst in die Bombing-Kammer eingeführt, die mit Helium gefüllt ist, das unter hohem Druck steht. Falls das Gehäuse einen Dichtheitsdefekt hat, dringt das Helium in die Zelle ein.
Daraufhin wird die Zelle in die Vakuumkammer gebracht, in der das Helium durch denselben Dichtheitsdefekt aus der Zelle ausströmen kann. Das Massenspektrometer erfasst das Helium in der Kammer und misst die Größe des Lecks
- Prüfung der Zelle nach dem Füllen und Abdichten (Elektrolyt-Tracerprüfung)
Die Dichtheitsprüfung an fertigen Batteriezellen mit der Tracer-Methode kann je nach Typ vor oder nach ihrer Montage ausgeführt werden. Dabei werden entweder Dämpfe oder Gase genutzt, die bereits vorhanden sind, oder solche, die in der Batteriezelle erzeugt werden. Die Prüfung erfolgt in einer Vakuumkammer, für das Tracing wird ein spezielles Massenspektrometer verwendet. Für die Prüfung ist es nicht notwendig, ein Tracergas wie zum Beispiel Helium in die Batteriezelle zuzuführen.
PROSPEKTE UND HANDBÜCHER
| Prospekt | |
|---|---|
| Englisch |
LeakB-TRACER: (2.25MB)
LEAK TESTS IN THE PRODUCTION OF BATTERY SYSTEMS: (3.59MB) |
| Deutsch |
LEAK TESTS IN THE PRODUCTION OF BATTERY SYSTEMS: (3.81MB)
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| Japanisch |
LeakB-TRACER: (2.66MB)
LEAK TESTS IN THE PRODUCTION OF BATTERY SYSTEMS: (1.38MB) |
| Koreanisch |
LEAK TESTS IN THE PRODUCTION OF BATTERY SYSTEMS: (4.62MB)
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