德国Innomatec测漏仪在汽车新能源电池的应用

基于汽车新能源电池的密封测试
Based on new energy vehicle battery leak test
英诺太科（innomatec）测试设备（太仓）有限公司李雍斌李怀洲
关键词：泄漏测试，新能源电池，氦检
Key words: leak test , New energy Battery , Helium – Leak testing
摘要：
汽车电池行业中的密封测试是对整个新能源汽车行业测试要求较高的部分。

新能源的密封泄漏测试除了要求对产品普通检漏要求之外有时还要进行氦气检测，欧美国家利用标准仪器进行测试的应用比较成熟，国内科研院所也在近年开始进行研究。

本文分享德国innomatec就新能源电池行业给予的详细的测试方案。

Abstract:
Leak test for Automobile battery is the high request of the whole automobile industrial .The new energy power battery leak test including check the air leak and helium leak test. Europe and American have standard leak tester to test and with more experience.
China scientific research institute start research and development .This artical share the technology is base on Innomatec leak tester test application in new energy power automobile.
如果说内燃机汽车的心脏是发动机动力系统，那么新能源汽车的心脏则是电池系统，因为电池系统的优劣直接影响的汽车的行驶里程、使用便利性等方面，而且目前新能源汽车最大的技术瓶颈也恰恰是在汽车电池系统上，在不考虑电池内部材料特性的前提下，电池整体的密封性尤为重要，试想一下，一个良好的电池系统是否会给新能源汽车在使用过程中增加精彩的一笔。

新能源汽车电池主要有五种：一、铅酸电池；二、镍镉电池和镍氢电池；三、锂电池；四、磷酸铁锂电池；五、燃料电池。

铅酸电池：轻度混合动力车使用；
镍镉电池和镍氢电池：中度混合动力车使用，比能量较低以及成本较高，性价比相对较低；
氢燃料电池：虽说在续航里程更高并且没有污染等先天条件被誉为新能源汽车在未来的发展方向，但是其原材料成本和基站建设成本制约了其在市场上的推广。

本文就锂电池为例给予详细的泄漏测试解决方案。

泄漏测试领域所包含的测试方法主要有：直压法（Pressure Decay）、压差法(Differential Presssure)、流量法(Mass Flow )、压升法(Pressure Rise)、密闭产品测试法(Sealed Component )、堵塞测试(Block Test)、爆破测试（Burst Test)等；其中还不乏包含一些极特殊的测试方法，例：几种测试方式的组合。

Innomatec的检漏仪种包含所有类型测试方法，并且可以根据客户产品的测试要求定制。

下图为不同漏率对应的不同测试方法。

新能源汽车电池需要做泄漏测试的地方有很多，本文主要对电池总成（没有充气孔的产品）出具详细的泄漏测试解决方案。

测试原理：
在泄漏测试中参数主要分为：充气时间（直接充气和预充气）、稳压时间、测试时间、排气时间、充气压力（预充气压力和充气压力）、测试压力、压力偏差值和判断产品合格与否的极限值（flow/pressure difference）。

那么对于新能源汽车电池总成这种没有充气孔的产品如何进行充气、稳压、测试、就成为一个难点。

对于没有充气孔的产品，在泄漏测试行业中会采用定量法来进行测试，例如新能源汽车电池、电动剃须刀、胎压传感器、阻尼器等等。

其原理如图1所示：
图1
首先我们把测试产品放入一个密闭的容腔内，该容腔的外形最好与测试产品的规则相识，容腔与产品间的间隔要尽可能的小，并且要求该容腔本身的密封性良好。

测试时，高压气源首先通过油水分离器，然后经过电子调压阀将气体充入
预充容腔内部，关闭充气阀后让预充容腔给测试腔充气，使预充容腔和测试容腔压力均衡，而均衡的压力刚好为我们设置的测试产品的额定压力；关闭稳压阀压差传感器开始工作（一端接测试产品的容腔；另一点为标准端），如果产品有泄露，那么测试容腔内部的压力会渗漏到产品内部，故其内部压力会变小，压差传感器内膜片偏移，读出其压差值。

当产品内部相对压力相同、孔径大小相同，产品外部的泄漏率和产品内部的渗漏率的数值是相等的，所以我们向该容腔内部充入定量压缩空气。

所谓的定量就是定容积，我们是充入固定容积的气，使其内部的压力达到我们预设的额定压力，定量法的好处就是可以防止当产品出现大泄露的时候，在充气阶段产品与腔互通使其压力相等，那么在测试阶段检漏仪的压差传感器是识别不到腔内部的压力衰减，会造成误判。

而定量法不会出现上文提到的问题，因为当产品出现大泄露的时候，容腔内部的容积发生了变化我们充入定量的气体不足以使测试容腔内部达到我们所需的压力，这时检漏仪亮红灯，给出NG信号，并在测试结果中显示产品大泄露，该结果可以通过串口RS232导出，并且记录在检漏仪系统内部和U盘中。

现在使用检漏仪检测新能源电池的标准有很多例如：10kpa@5ml/min
（200kpa/300kpa/-90kpa），即当测试压力为10kpa的时候，测试产品的最大泄露极限值为5ml/min。

在汽车新能源电池的泄漏测试中，推荐定量真空检漏。

因为在泄漏测试中温度对泄漏测试结果有很大的影响，我们把由于温度带来的影响叫做测试误差。

测试误差是随着测试压的增大成正比增加。

但是测试压越接近真空误差越小。

引起温度变化的原因：
1.压力空气的断热变化：对于加压式测漏仪，由于在加压过程中封入的空气会
断热压缩，造成空气温度暂上升，然后又受热传递影响，慢慢冷却下来。

2.受外部热影响（热传递、热辐射等）在检出行程中，一旦标准品、配管以及
密封夹具等表面因外部因素引起温度变化后，会向外部传递热能，造成充入的空气的温度发生变化并引起测试误差。

3.充入的空气和被测物、标准品之间的温度差（空气压力源的温度变化时）是
指被测物和标准品的温度几乎与气温相等但测试压气源温度与大气温度相差较大的情况。

4.被测物和大气的温度差（被测物温度高低不等的情况）在生产线上经过高温
清洗、干燥、焊接等工序后进入泄漏测试时，被测物的温度有时会比所接触的密封夹具的温度高，某些情况下也可能低于周围大气的温度。

此时被测物的温度变化，会引起充入空气的温度发生变化。

当气体发生膨胀，温度升高，或者受压，根据热力学定律，其内部压力也会改变。

因此，我们在进行测试前往往要等到气体内部压力稳定下来，以便得到正确的结果。

定量法测试的原理是定量压力法，传感器检测的测试产品内部的压力衰减，检漏仪可以选择压差或者泄漏率得出测试结果。

对于泄漏率的计数必须首先调整检漏仪的参数与工件相匹配，而此时校准检漏仪的最佳手段是采用标准泄漏件。

测试的压力衰减正确的转换成泄漏率（ΔP→Q），我们可以通过热力学定量和伯
努利方程得出：（
Q = 泄漏率[ml/min] 、p = 压差[Pa] 、p0 = 在正常情况下的空气压强(1013.25*103Pa)、V = 容积[ml] 、t = 测试时间[sec]。

密封泄漏测试需要用成型的检漏仪配上夹具系统来完成。

测试结束后测试结果需要可以存储进行质量追溯。

质量追溯是中国汽车行业效仿欧美汽车行业巨头，对汽车零部件行业检测要求提出了更高的要求。

要求所有检测数据都能够追溯和按照测试要求的格式进行数据存储和数据上传，以利于质量分析和质量控制。

针对于密封泄漏检测行业这些欧美汽车公司对泄漏测试的要求具体的有：测试之前需要扫描和记录工件的条形码，测试结束后条形码要和具体的日期时间等测试结果对应起来，利用RS232,profibus,device net 或者ethernet网上传到工厂服务器或者欧美公司总部。

同时还要求检漏仪器内部能够存储几个月或者几年的数据，随时可以调取或者查询这些数据。

德国innomatec在汽车、医疗、消防行业有着广泛的应用，在欧洲已经有30多年的成功应用经验，采用独特的24位A/ D转换器的模拟模块，可以同时处理百万级的数据信息，基于windows技术，一键操作更简便。

它集成了计算机、
仪器仪表、气动、电气控制的各项世界领先技术，将所有单元集成一体，可靠、坚固、节省空间。

彩色显示屏幕可以实时的显示测试程序、测试数据、测试结果等信息和历史测试数据。

压力和流量范围涵盖广泛：压力从真空到300bar范围，流量范围从0.01cc/min到500L/min都可以实现测试。

泄漏测试仪器是测试系统中的核心测试仪器要求能够直接和系统中的其他
设备直接通讯或者连接进行交互或者数据传输。

Innomatec还就温度对泄漏测试的影响开发了温度补偿功能。

温度补偿即为
消除环境温度对泄漏测试的影响。

温度补偿主要有两种补偿方式：硬件补偿和软件补偿。

硬件补偿：硬件补偿需要做一个数据库，该数据库记录了测试产品在不同温度下，温度对其压降带来的影响。

在生产过程中，当出现该温度状态的时候，自动调取其温度补偿值，进行对其影响消除。

这种方法在测试前期需做大量的数据统计。

软件补偿：在泄露测试行业普遍应用的一种补偿方式，其补偿方法为迭代法，首先选取几组工件做为基准基数，例如选取10个工件做为基本迭代基数，第一个件和第十个件作为一个迭代组，第二个件和第十一个件作为第二个迭代组，当第十二个件开始测试的时候，温度补偿开始工作，每10组数据作为一个新的迭代组根据之前的迭代数据计算相应的补偿值。

（具体的算法由于关乎公司技术机密问题，我们在这里不做介绍）
软件补偿收到汽车零部件、医疗、家电、消防等行业的认可。

新能源汽车电池的氦检
氦气检漏不同于普通的压缩空气检漏，首先氦气分子分子量小，可以通过空气分子不能通过的产品孔径；其次氦气为惰性气体，不受温度湿度等环境因素的影响；但是氦气检漏的成本和性价比就相对较低，首先氦气检漏对自动化夹具的精度稳定性要严格要求，并且氦气的造价相对于压缩空气要高很多，Innomatec
德国做为泄漏测试行业的专家可提供详细的氦气检测系统，包含增压装置、测试主体、快换夹具、氦气回收装置和氦气混合装置可选。

总之,目前德国innomatec的仪器和测试系统在新能源汽车的电池密封测试
中有了广泛的应用，长安汽车新能源，北汽新能源等公司的汽车电池密封测试均
采用了德国innomatec泄漏测试仪器。

将来会在国内的电池龙头企业-新能源电池厂得到应用。

相信代表着高科技发展方向的德国innomatec仪器和氦检设备会在国内汽车新能源行业有更多更好的应用。