Padrões e métodos propostos para teste de vazamento de lítio

Os sistemas de baterias de íons de lítio são uma fonte de energia para uma variedade de aplicações em veículos elétricos devido à sua alta densidade de energia e baixas taxas de descarga. As baterias, sejam elas feitas de células prismáticas, cilíndricas ou de bolsa, são resfriadas por sistemas comuns de gerenciamento térmico automotivo.

A rápida detecção de vazamentos no sistema de refrigeração da bateria durante as operações de produção é essencial para atender aos requisitos necessários de segurança e vida útil. No entanto, atualmente não existem padrões da indústria para medir taxas de vazamento para sistemas de resfriamento à base de glicol e à base de refrigerante.

Este artigo discute como vazamentos em circuitos de resfriamento de água-glicol podem ser detectados de forma confiável e quantitativa através da detecção de vazamento de gás de teste como um indicador de vazamentos de etilenoglicol e como as taxas de vazamento de gás de teste se correlacionam com o vazamento de líquido do líquido de resfriamento. Variáveis ​​que influenciam, como diâmetro do canal de vazamento, diferença de pressão e viscosidade, são consideradas, e as taxas de vazamento são descritas.

Neste artigo são considerados os requisitos de estanqueidade necessários em um circuito de refrigeração que não funciona com água pura, mas com uma mistura de água e glicol. Duas aplicações automotivas típicas aqui são o resfriamento do bloco do motor em um motor de combustão interna e o circuito de resfriamento em uma caixa de bateria de tração para resfriar as células da bateria.

O requisito de estanqueidade do circuito de refrigeração no bloco do motor é definido como menos crítico do que o requisito no circuito de refrigeração de tração de um compartimento de bateria. No caso de aplicação do bloco do motor a ser resfriado, a perda de líquido refrigerante não deve exceder limites específicos antes de qualquer reabastecimento necessário. No caso da aplicação para resfriamento de um invólucro de bateria, os requisitos são definidos de forma muito mais crítica. Aqui, devem ser evitados danos ou curto-circuitos nas células da bateria. O vazamento de líquido refrigerante do circuito de refrigeração pode causar incêndio na bateria.

Independentemente da estanqueidade exigida em cada aplicação em relação à perda de líquido, um requisito deve ser definido para a estanqueidade durante o teste de vazamento com gás de teste. Neste artigo, a menor seção transversal ou diâmetro aceitável de um canal de vazamento para o refrigerante glicol é derivado e o valor da taxa de vazamento a ser atribuído para o teste de vazamento do gás de teste é fornecido. Em comparação com os requisitos relativos ao IP67, três diferenças essenciais devem ser consideradas no caso de aplicação de um circuito de refrigeração.

No circuito de refrigeração prevalece uma sobrepressão de até 5 bar durante as condições de operação, enquanto os requisitos para IP67 geralmente consideram uma força efetiva no canal de vazamento correspondente a uma diferença de pressão de 1100 mbar contra 1000 mbar. Com o aumento da diferença de pressão no canal de vazamento, a taxa de vazamento aumenta correspondentemente com a mesma geometria do canal de vazamento e significativamente mais vazamentos de meio do que sob as condições de teste IP67 e, portanto, os requisitos para critérios de teste para testar um circuito de refrigeração devem ser definidos de forma mais rigorosa.

Além disso, a temperatura no circuito de refrigeração aumenta significativamente durante a operação, o que por sua vez afeta a viscosidade do meio. À medida que a temperatura aumenta, a viscosidade diminui, o que por sua vez aumenta a taxa de vazamento.

A diferença de temperatura entre a temperatura ambiente e a temperatura operacional no circuito de refrigeração altera a viscosidade em até uma ordem de grandeza, o que aumenta correspondentemente a taxa de vazamento.

Terceiro, a propriedade de tensão superficial ou ângulo de molhamento do líquido em um canal de vazamento e sua parede afeta a geometria do canal tanto do fluxo de vazamento, o que pode ser evitado devido ao bloqueio do canal de vazamento. Assim, ao estabelecer limites de rejeição para testes de vazamento, a propriedade do meio líquido utilizado deve ser considerada.

O bloqueio de um canal de vazamento com um líquido, por exemplo, uma mistura de água e glicol, depende principalmente da tensão superficial (σ), do ângulo de contato (θ) entre o material no estado sólido e o fluido, e da sobrepressão máxima (p ).