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Détection De Fuites De Cellules De Batteries Par Traçage À L'hélium

La détection de fuites est une opération essentielle dans le procédé de fabrication de cellules de batteries, en particulier pour les nouvelles générations de batteries secondaires aux ions de lithium.

L’étanchéité parfaite du boîtier est l’une des caractéristiques principales pour garantir la qualité et la fiabilité à long terme des cellules. Il est, d’une part, essentiel de prévenir la moindre perte d’électrolyte. Ceux-ci sont souvent composés de produits inflammables qui, par réaction avec l’humidité ambiante, peuvent générer des composés toxiques. D’autre part, le risque de pénétration d’humidité ou d’autres contaminants dans la cellule peut compromettre son fonctionnement et réduire son efficacité.

D’une manière générale, si le contrôle de l’herméticité des cellules de la batterie est une opération fondamentale dans la chaîne de fabrication de cellules aux ions de lithium, ce test est encore plus important avec l’utilisation de batteries dans les applications pour véhicules électriques, afin de garantir les standards de qualité et de sécurité typiques du marché automobile.

Leak testing of battery cells by helium tracing
DESCRIPTION

Dispositif à double chambre pour cellule de batterie prismatique avec chariot central pour chargement/déchargement. Principe de mesure : test global en chambre à vide avec hélium en guise de gaz traceur et analyse au spectromètre de masse.

Dispositif conçu pour le contrôle complet de cellules avant remplissage d'électrolyte et fermeture étanche.

Le même type de dispositif peut être utilisé pour contrôler les cellules finies après remplissage et fermeture étanche, en particulier en utilisant de l'hélium en guise de gaz traceur après avoir été ajouté dans la cellule avec l'électrolyte.

La machine présente deux chambres à vide, à ouverture et fermeture manuelle, assemblées sur un châssis en acier peint et soudé, avec panneaux mobiles. Les chambres fonctionnent de façon alternée : quand une chambre est fermée et le cycle de test est en cours, l'autre chambre est ouverte pour le chargement/déchargement. Le système de pompage à vide se trouve derrière les chambres. Les armoires contenant le panneau de distribution électrique et les systèmes d'analyse sont fixées au châssis, tandis que les tableaux pneumatiques pour la distribution du gaz de procédé sont fixés aux chambres à vide. Les deux chambres s’ouvrent automatiquement vers le centre du dispositif, afin que la position de chargement/déchargement soit la même pour les deux, et soit protégée par des barrières optiques de sécurité. L'IHM se compose d'un écran tactile en couleur et de deux boîtiers de commande distants (un pour chaque chambre) avec boutons et signaux lumineux pour l'opérateur. Le dispositif présente des sorties séparées pour l'évacuation d'air et d'hélium et peut être raccordé à un système de récupération d'hélium.

AVANTAGES
  • Système de pompage dédié pour analyse - Flux total
  • Système de pompage positionné sur chariot pour faciliter l’entretien
  • Armoire électrique et pneumatique dédiée
  • Ventilation et insonorisation du système de pompage
  • Interface IHM entièrement personnalisable
CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES

Configuration de base de la machine

  • Prévue pour charge manuelle
  • Pression de test : 3 bar abs
  • Vitesse de traitement : 1 pièce toutes les 5 s (8 pièces toutes les 40 s)
  • Débit fuite : ~10-6 scc/s

Différentes configurations

  • Possibilité de solution entièrement automatique, intégrée à la chaîne d’assemblage
  • Plusieurs versions disponibles (nombre de chambres, nombres de cellules dans la chambre,...) selon spécifications du client.
VERSIONS
  • Détection de fuites sur le boîtier

Le premier test peut être réalisé sur le boîtier de la cellule, avant l’assemblage des électrodes, afin d’éviter que les composants non étanches soient ensuite assemblés.

Un outillage dédié dans la station est utilisé pour sceller la cellule et la remplir de gaz traceur (He).

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  • Détection de fuites avant le remplissage d’électrolyte et scellage.

Après introduction des électrodes dans le boîtier de la cellule, selon le type de batterie, la cellule est fermée hermétiquement avec un couvercle, en laissant un canal ouvert pour le prochain remplissage d’électrolyte. La cellule peut être alors testée pour détecter d’éventuelles fuites de la soudure du couvercle.

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  • Test de la cellule après remplissage et étanchéification (remplissage d’hélium avec électrolyte)

Pendant le remplissage d’électrolyte et avant l’étanchéification, il peut être possible d’ajouter un gaz interne de type hélium à l’intérieur de la cellule ou d'effectuer l’étanchéification en environnement saturé d’hélium. Dans cette condition, un test à l’hélium en guise de gaz traceur en chambre à vide peut être effectué.

battery-cells-helium-tracing

  • Test de la cellule après remplissage et étanchéification (Bombing)

La cellule testée est d’abord introduite dans la chambre de bombing, remplie d’hélium à haute pression. Si le boîtier présente un défaut d’étanchéité, l’hélium pénètrera dans la cellule

La cellule est ensuite transférée dans la chambre à vide, où l’hélium pourra sortir de la cellule par le même défaut d’étanchéité. Le spectromètre de masse détectera la présence d’hélium dans la chambre et mesurera la taille de la fuite.

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  • Test de la cellule après remplissage et fermeture étanche (Traçage de l’électrolyte)

En fonction du type de cellule, il sera possible d’effectuer la recherche de fuite sur cellules de batteries finies, avant ou après la constitution, en traçant les vapeurs ou gaz existants, ou générés à l’intérieur de la cellule. Le test s’effectue en chambre à vide, avec utilisation d’un spectromètre de masse spécial pour le traçage. L’ajout d’un gaz traceur, comme l’hélium, à l’intérieur de la cellule pour la détection n’est pas nécessaire.

test-cell

 

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