TW202213848A

TW202213848A - 電池組電池的洩漏測試的方法

Info

Publication number: TW202213848A
Application number: TW110125545A
Authority: TW
Inventors: 埃利科恩; 朱塞佩沃拉羅
Original assignee: 法商馬波斯股份有限公司
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2021-07-12
Publication date: 2022-04-01
Also published as: EP3736903A3; EP3736903A2; WO2022013212A1; CN116210114A; JP2023533868A; US20230253632A1; KR20230039706A; EP3736903B1

Abstract

使用包括真空腔室和檢測和測量儀器的洩漏測試系統對電池組電池單元進行洩漏測試的方法，該方法包括將電池置於真空腔室中，密封真空腔室，開始真空創建階段，其中真空腔室內的壓力減少，開始穩定階段，其中源自電池內的部分和/或物質的氣體和/或蒸汽從電池中洩漏，開始加速階段，其中將輔助氣體饋入真空腔室，以將從電池洩漏的氣體和/或蒸汽推動到檢測和測量儀器，並透過檢測和測量儀器檢測洩漏率。在加速階段，洩漏測試系統內部的壓力升高，從而增加從電池洩漏到檢測和測量儀器的氣體和/或蒸汽的流量。

Description

電池組電池的洩漏測試的方法

本案發明是關於用於洩漏測試一或多個成品電池組電池的方法和系統。當操作所需的部件(如陽極、陰極和分離器)和化學物質(如電解質)已經插入電池並密封時，此方法能夠檢查整個電池的洩漏密封性，甚至僅檢查其中的一部分。洩漏測試對於所有不同類型的電池組通常都很重要，以確保電池組中所含電解質不會洩漏，這些電解質可能具有腐蝕性，而且在任何情況下都會影響電池組的正確功能。這種類型的測試對電池組(如鋰離子電池組)更為根本，為此，確保來自外部的環境濕度或其他化合物不能進入電池組，尤其是形成電池組的一或多個電池，是絕對必要的。這是為了防止電池組內部的化學物質或在使用過程中可能形成的化學物質與水或其他化合物接觸並產生劇烈反應，或在任何情況下影響電池組的功能。

目前，不同類型的技術用於洩漏測試電池組。其中一些要求電池組內的每個電池都有進孔，即電池組外殼中的開口，使電池組內部可進接，並將其置於與外部環境的傳輸中。因此，洩漏測試是在未完成的電池上進行的，即尚未密封的電池。其他技術能夠對一或多個成品電池進行洩漏測試，即已插入電解質且已密封的電池組。其中許多技術要求在電池中插入額外的氣體，例如氦氣和電解質，以達到洩漏測試的唯一目的。這種額外的氣體作為示蹤氣體或指示氣體，即在發生洩漏時由質譜儀檢測到的氣體。將電池置於真空腔室內後，可以透過質譜儀檢測出由於電池洩漏而可能從電池洩漏到真空腔室的示蹤氣體，從而檢測出電池中是否存在洩漏。下面描述了先前技術的一些示例。 a. 使用空氣測試電池組電池透過在電池內提供壓縮空氣、密封電池進孔和測量外殼洩漏可能造成的壓力下降或流速，只能測試電池的外殼。 b. 使用氦作為示蹤氣體在電解質插入電池之前測試電池組電池在電解質尚未插入的階段，因此電解質通過其插入電池的進孔仍然打開，可以測試空電池外殼或已經含有陽極、陰極和分離器的外殼。電池插入真空腔室或儲存腔室(取決於必須檢測到的洩漏位準)。然後將壓力下的氦氣插入電池內，透過質譜儀測量從電池內部透過可能洩漏流向腔室的氦氣量。上述兩種技術的主要缺點是，洩漏測試是在未完成的電池上進行的，即尚未密封的電池。因此，無法對已插入電解質且進孔已永久密封的電池進行測試。 c. 在電解質插入和電池密封後，透過在電解質插入的步驟中將氦作為示蹤氣體插入電池中，測試成品電池由於氦氣是一種惰性氣體，因此理論上可以在插入電解質時和電池的進孔密封之前，在電池內添加一定量的氦氣，以為了隨後進行洩漏測試的目的。在將電池置於真空腔室內後，可以透過質譜儀檢測可能透過可能的洩漏從電池流向真空腔室的氦氣。該技術的主要缺點是，在洩漏測試階段之前的電池組生產的不同階段中，需要將另一種氣體(即示蹤氣體)插入電池組中，這通常由第三方執行，以為了洩漏測試的唯一目的。此外，上述技術可以應用於某些類型的電池組，這些電池組有具有內部自由空間的剛性外殼，可以包含示蹤氣體，但可能不應用於袋式電池。 d. 使用稱為「爆炸」的技術在插入電解質並密封電池的進孔後測試成品電池當在電解質插入步驟期間無法在電池內添加氦氣或其他示蹤氣體時，可以使用稱為「爆炸」的技術進行洩漏測試，使用氦氣作為示蹤氣體。電池組電池首先插入一個爆炸腔室，在爆炸腔室中注入有壓力的氦氣。如果電池中存在洩漏，則氦氣的一部分從電池內的腔室流出。進入電池的氦氣量不僅取決於電池內的自由空間，還取決於電池內的壓力位準和爆炸時間。爆炸步驟後，電池組電池插入真空腔室，透過質譜儀跟蹤透過電池組中的洩漏從電池內部流向真空腔室的氦氣量，以測量洩漏位準。該技術的主要缺點是整體週期時間很長，與工業過程不相容，並且爆炸腔室中可接受的超壓位準不得超過可能使電池的外殼永久變形的位準。其他技術透過檢測電池內已經存在的物質來識別一或多個電池中可能的洩漏，而無需在電池中插入額外的氣體，以用於洩漏測試的唯一目的。這些技術同樣需要防止氣體和/蒸汽殘留物在洩漏測試系統內形成或保留。這種殘留物會影響檢測和測量儀器進行的洩漏檢測，並隨著時間的經過會污染檢測和測量儀器，甚至整個洩漏測試系統。此外，這些技術同樣需要確保在盡可能短的時間內可靠和可重複地測量電池的洩漏率，即使在非常小的洩漏的情況下。

本案發明的目的是提供一種方法和系統，用於至少一個電池組電池的洩漏測試，從而克服已知技術的缺點。更具體地，本案發明能夠測量成品和完全密封的電池的洩漏率，根據適當的技術檢測已經包含或在電池內產生的物質(氣體和/或蒸汽)，而無需在電池中插入另外的化合物，如示蹤劑或測試氣體，以用於測試目的。換句話說，根據本案發明的方法可以檢測電池內的一或多個特定物質，即對特定時間段內以一定體積存在的該物質的量進行測量，並透過確定檢測到的洩漏率值與已知的洩漏率值或預設閾值相比是否可接受以及是否必須丟棄該電池。根據本案發明進行的洩漏測試是在成品電池上進行的，即電解質插入電池外殼的電池，外殼中的進孔已被密封。測試可以在任何時候進行，無論電池是否受到啟用過程(稱為「形成」的步驟)，透過檢測從電池內部洩漏各種性質的氣體和/或蒸汽。本案發明還允許有一個基本上無記憶的洩漏測試系統，其中一或多個組件被加熱，以防止從電池洩漏的氣體和/或蒸汽的殘留物沉積在該組件的內壁上，殘留物可能會影響當前的洩漏測試和隨後的氣體和/或蒸汽。本案發明還允許在洩漏測試週期的特定階段增加洩漏測試系統內的壓力，並確保從電池組洩漏的氣體和/或蒸汽更快、更大量地到達檢測和測量儀器，從而改進對可能洩漏的檢測。

[本案發明最佳實施方式] 用於洩漏測試電池組電池的系統(未示於圖中)以簡化的方式示出於圖1中，並整體以元件符號100表示。要測試的電池通常包括一個由蓋子封閉的外殼，並在外殼處提供一個進孔，透過該進孔，電池組操作所需的部件和化學物質可以插入外殼。化學物質(例如電解質)即使在液態下，也可以插入電池的外殼中。在目前設計的所有電池組中，更具體地，在單個電池的外殼內，插入一個由溶解在一或多個溶劑中(通常是有機性質的)中溶解的特定鹽組成的電解質。例如，在鋰離子電池組中，通常使用二或多個電解質的混合物，如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亞乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯。電解質插入電池後，蓋子中的進孔用密封封口元件密封，防止電池內存在的物質與電池外環境接觸。下稱的「成品電池」是指已經進入電解質插入步驟和密封步驟的電池。根據本案發明，洩漏測試應用於此類成品電池，並透過檢測在外殼或蓋子的洩漏情況下從電池流出的氣體和/或蒸汽等氣體元素進行，例如透過密封進孔的封閉元件中的缺陷(如開口或不想要的空間)進行。檢測到的氣體和/或蒸汽可能有不同的來源，如下文更詳細地解釋。洩漏測試系統100包括複數個組件，包括真空腔室，示意地以虛線框示出，在圖1中以元件符號4表示。要測試的電池被置於真空腔室4的整個或至少部分(取決於要測試的區域)，以在具有較高壓力的電池內部和外部環境之間產生壓力差異，在這種情況下置於真空腔室4的內部。這種壓力差異導致電池內液體電解質中所含的一或多種物質部分地蒸發和/或氣體從誘導或自發產生的過程中產生，部分溶解在電池內的電解質中，以恢復到氣態。換句話說，為了測試目的，電池置於真空位準下的環境，允許增加可能的洩漏並減少背景雜訊，即由於電池外環境中存在的空氣產生的雜訊。壓力差是透過連接到真空腔室的真空泵6以已知方式在真空腔室內產生的。將耦合閥5置於真空泵6和真空腔室4之間，使它們之間的連接啟用或禁用。根據替代實施例，耦合閥5可以替換為已知的不同連接設備。電池內部與外部環境(即真空腔室4內部)之間的壓力差，可緩解物質在氣態或蒸汽狀態下從電池內部流向真空腔室4的流動。壓力差，更具體地，真空腔室內部和要檢查的電池內部之間的壓力差，變化為必須檢測到的氣體元素的函數，且可以依當檢測到的氣體元素被識別或系統設計時(例如根據要檢查的電池類型)而確定。然後，從電池中洩漏的這些氣體和/或蒸汽從真空腔室4中排出，並輸送到檢測和測量儀器1，例如四倍體質譜儀，該儀器經過適當程式設計以檢測此類氣體和/或蒸汽。較佳地，置於真空腔室4和質譜儀1之間的連接閥3(非常示意性地示出)，使真空腔室4和質譜儀1之間的連接能夠或中斷。連接閥3可為低剩餘體積的加熱閥。將質譜儀1與真空腔室4連接起來的加熱毛細管元件(或簡單的毛細管)2置於質譜儀1和連接閥3之間。眾所皆知，使用加熱毛細管來防止或減少凝結的形成，即水蒸氣的沉積，其通常形成在氣體和/或蒸汽透過的導管的壁上。經驗上，使用質譜儀的加熱進口毛細管，除了執行防止/減少凝結的功能外，還能夠避免透過毛細管元件的氣體元素在毛細管元件本身的壁上留下殘留物。隨著時間的經過，這些殘留物會污染質譜儀，對儀器的可靠性和執行測試產生不利影響。例如，質譜儀的污染可能導致背景雜訊增加和可用測量範圍的縮小。加熱洩漏測試系統100的一或多個組件，例如毛細管元件2，使洩漏測試系統100基本上無記憶。換句話說，洩漏測試系統100不會在測試期間檢測到的氣體和/或蒸汽透過後保留殘留物：這些氣體和/或蒸汽的沉積會污染質譜儀，阻止後續測試的進行或使其在任何情況下不可靠。事實上，在隨後的測試中，會出現上一個測試週期中的氣體和/或蒸汽，這不僅會改變檢測到的值，而且會隨著時間經過使質譜儀飽和。當這種情況發生時，有必要中斷測試，使系統處於通常需要時間且與電池組生產過程時間不相容的清潔週期中。如果在真空腔室4內檢測到大洩漏，連接閥3的存在可以中斷真空腔室4和所加熱的毛細管2之間的連接，並避免測量電路的最後一部分(即由毛細管2和質譜儀1組成的部分)的污染。測量電路是指氣體流經的元件和相對連接導管，形成洩漏測試系統100。洩漏測試系統100還包括加熱裝置，其為所加熱的毛細管2提供熱，並可以向洩漏測試系統1的其他部分供熱，這些部分可能需要在測試週期內加熱，例如真空腔室4和連接閥3。使用加熱裝置有助於避免氣體和/或蒸汽因洩漏而從電池組中洩漏的凝結。加熱裝置可以包括質譜儀1和/或熱產生器，示意地由一系列圓圈表示，並以元件符號7表示。根據較佳的實施例，所加熱的毛細管2由質譜儀1直接加熱。除了加熱毛細管2以外，加熱其他系統元件(如真空腔室4和連接閥3)可以使洩漏測試系統100基本上無記憶，甚至可更有效地防止污染洩漏測試系統100。如果使用熱產生器7，真空腔室4應配備壓力感測器和溫度感測器，分別在圖中以P和T參照表示，從而控制真空腔室4內的狀況。壓力感測器P可獨立於熱產生器7的存在而提供，因為一般來說，它可用於檢測測試週期期間可能發生的異常情況。根據較佳的實施例，洩漏測試系統100進一步包括輔助氣體容器或槽10，如壓縮空氣、砷、氮或氦氣，其功能是緩解可能從電池洩漏到毛細管2然後流向質譜儀1的氣體元素的流動。換句話說，使用輔助氣體可以將從電池中逸出的氣體元素的分子推向質譜儀1。輔助氣體容器10透過另一個閥8連接到真空腔室4，輔助氣體透過該閥進入真空腔室4，以下簡稱進入閥。進入閥可以更換為不同的已知連接設備，最好是自動控制的。在較佳的實施例中，輔助氣體容器10和進入閥8之間有一個壓力調節器9，其功能是控制輔助氣體的推壓，確保測試始終在相同的條件下進行，從而提高其可重複性。洩漏測試系統100可以包括一個處理單元(未示出)，該處理單元接收和處理來自質譜儀1的輸出資料。為了改進對電池洩漏的檢測，真空腔室4可以具有拉長形狀，從而簡化向毛細管2和質譜儀1檢測的氣體元素的通道。此外，進入閥8可置於洩漏測試系統的另一端，相對於毛細管2的位置。根據較佳的實施例，洩漏測試系統100可以配備機械構件，從而減少洩漏測試系統部分內的體積，即在真空腔室4或測量電路內，例如從真空腔室4到質譜儀1的傳遞，從而在測試過程中導致從電池中逸出的氣體元素的壓縮。這種機械構件，如圖2和3所示，將在此詳細說明。本案發明進一步提供了一種電池組電池洩漏測試的方法。該方法透過參考上述洩漏測試系統100進行描述，但可以透過使用其他洩漏測試系統實現。根據本案發明進行洩漏測試包括以下步驟。在測試週期的開始階段，質譜儀1處於待機狀態，所加熱的毛細管2與真空腔室4傳輸，真空腔室4在此階段是打開的(在大氣壓力下)和空的(沒有任何電池組電池)。如果提供連接閥3，其通常是打開的(只有在測試週期的初始階段或其他階段檢測到嚴重洩漏時，才會關閉連接閥3，以便在任何情況下防止或最小化毛細管2和質譜儀1的污染)。如果提供熱產生器7並且測試週期需要，則真空腔室4被加熱，直到達到所需的溫度。待測試的電池組置於真空腔室4內後，真空腔室密封，連接真空泵6和真空腔室4的耦合閥5開始真空創建階段。達到所需的真空位準(即電池內部和外部環境之間的預期壓力差)後，真空泵6和真空腔室4之間的耦合閥5關閉。所需的真空位準可以透過允許預設時間經過或透過壓力感測器P監測壓力位準(如果有提供)來獲得。然後開始一個穩定或積累階段，其中存在於電池內的物質(例如碳酸二甲酯)蒸發，並在出現缺陷時，即電池中不必要的空間或開口導致洩漏，以氣體和/或蒸汽的形式逃逸出電池。根據較佳的實施例，為防止所加熱的毛細管2和質譜儀1的污染，在穩定階段結束時提供中間檢查階段。在穩定階段的預定時間過後，質譜儀1以已知方式檢測到從電池中洩漏的氣體和/或蒸汽。更具體地，質譜儀1檢測到從電池中逸出的氣體和/或蒸汽，一旦處理了與檢測到的氣體和/或蒸汽量對應的值，這些值就會與預先確定的閾值進行比較。如果洩漏率大於預定閾值，則立即關閉連接閥3(如果有提供)，以避免加熱毛細管2和質譜儀1的污染。在任何情況下，測試週期被中斷，電池被丟棄。如果洩漏率小於預定閾值，則測試週期繼續，並開始推動或加速階段。作為替代，如果洩漏測試系統100包含壓力感測器P，則可以透過檢查穩定階段的開始和結束之間的壓力差低於預設閾值來進行中間檢查階段。但是，可以省略此中間檢查階段，在穩定階段的預定時間過後，直接進入推動或加速階段。在此階段，打開進入閥8，以便將輔助氣體在預定時間內送入真空腔室。饋入的輔助氣體將氣體和/或蒸汽從電池中逸出，推向所加熱的毛細管2，從而緩解其流向質譜儀1的流量。通常，使用從電池中洩漏的氣體元素具有非常不同特徵的氣體作為輔助氣體。換句話說，輔助氣體具有與要檢測的氣體元素不同的化學成分，並且不會以任何方式改變頻譜儀讀數。例如，如果檢測到的氣體元素由碳酸二甲酯(DMC)組成，則表示性能和成本之間最大折衷的輔助氣體是氬氣。但是，可以使用其他氣體，如氮氣、氦氣、壓縮空氣或環境空氣。根據較佳的實施例，輔助氣體不是以恆定的流動方式，而是以脈衝方式(即衝力地)以噴出的形式送入真空腔室。這種噴出具有高濃度的輔助氣體。根據較佳的實施例，壓力調節器允許控制將輔助氣體的噴出送入真空腔室4的推動壓力。使用高濃度的噴出輔助氣體使真空腔室4內的壓力迅速增加，從電池中逸出的氣體元素不僅更快地輸送到毛細管2和質譜儀1，而且在有限的時間內甚至會大量運輸。這允許透過縮短檢測持續時間來最佳化檢測和循環時間，並獲得更好的性能，因為到達質譜儀的氣體元素量大於使用連續的輔助氣體流到達質譜儀的量。圖4和5分別示出了與無洩漏的電池和洩漏的電池有關的洩漏測試週期圖，它們都示出了上述三個階段。T1和T2分別標誌著從真空創建階段到穩定階段和從穩定階段到加速階段的轉換。如圖可見，當輔助氣體噴出時，在發生洩漏時檢測到的訊號在加速階段達到峰值。峰值的程度與檢測到的洩漏率成正比。真空腔室4中衝力注入的輔助氣體量根據要執行的洩漏測試類型定義先驗。此量必須與真空腔室的體積成正比，以便從電池中逸出的氣體元素不會太稀釋。在加速階段使用輔助氣體膨脹的功能是在已定義和有限的時間內，在洩漏測試系統內(尤其是真空腔室內部)內提高壓力，在確定和有限的時間內增加從真空腔室內的電池流向質譜儀的氣體元素的流動，並改進後者對此類氣體元素的檢測。透過為洩漏測試系統100配備上述機械構件並更好地在以下描述，也可以獲得這種壓力增加。以高度濃縮的噴出和機械構件形式的輔助氣體，以減少測量電路內的體積，可以組合使用，也可以與其他氣體結合使用。當從電池中逸出的氣體和/或蒸汽到達頻譜儀後，後者以已知方式進行洩漏檢測，將檢測到的值與適當的閾值進行比較。電池的洩漏率由適當的處理訊號確定。根據較佳的實施例，洩漏率是透過考慮在推動階段檢測到的最大洩漏峰值來確定的。但是，可以透過考慮質譜儀的平均讀數等方法以不同的方式處理訊號。如前所述，從電池中洩漏的氣體元素由氣體和/或蒸汽組成。在洩漏測試期間，可以同時檢測氣體和蒸汽，這樣可以對頻譜儀進行程式化。根據其中一個實施例，頻譜儀的程式化可以使系統首先檢測氣體，從而識別非常小的洩漏，其次識別蒸汽，以便識別可能更大的洩漏。事實上，如果發生嚴重洩漏，電池內的氣體可能更快地從後者逸出，在洩漏測試期間檢測出足以表明洩漏的氣體數量的可能性較低。根據不同的實施例，也有可能先檢測蒸汽，其次檢測氣體。如前所述，在洩漏測試期間檢測到的氣體和蒸汽的氣體元素來自已經存在於電池中的物質和/或部件，並且對於其操作是必要的。這些元素可能有不同的來源。例如，檢測到的蒸汽可能來自正常生產過程中插入電池的電解質中所含的物質，如溶劑。由於這些物質通常相當不穩定，因此可以透過利用其蒸發進行洩漏測試。這些物質的至少部分蒸發是由於真空腔室內誘發的壓力變化。如果由於含有電解質的電池外殼部分的缺陷而洩漏，電解質可以逃逸出電池，其不是以蒸汽的形式，而是以液體的形式。在這種情況下，真空腔室中誘發的凹陷會導致真空腔室內電解質的蒸發。如果由於外殼部分不含電解質的缺陷而洩漏，例如在蓋子的進孔或蓋子本身，由真空腔室中誘發的凹陷引起的電解質中所含物質的蒸發發生在電池內部，而從電池中逸出的物質已經以蒸汽的形式出現。因此，透過檢測電解質中含有的蒸汽形式的物質，可以識別電池中的洩漏。根據本案發明，在洩漏測試中發現的氣體可能是電池中已經存在的氣體，並且來自電池內自發產生的化學反應。或者它們可能是在電池組啟動過程中產生的氣體(稱為「形成過程」)，包括隨後的電荷/放電週期，密封電池通常會經歷此種週期。通常，在形成過程中氣體形成，其實際組成和量取決於電池內發生的電化學反應類型，但通常包括諸如CH ₄、C ₂H ₆、C ₃H ₈、C ₄H ₁₀、CO ₂、CO、H ₂等物質。在袋式電池中，這些氣體的過量的量通常被消除，但無論如何，部分仍然溶解在電解質內。與檢測到蒸汽時發生的情況類似，如果在形成過程和洩漏測試之間的時間間隔內，這些氣體已恢復到液態並溶解在電解質中，真空腔室中誘發的凹陷會導致氣體恢復到氣態，且在發生洩漏時從電池中逸出。如前所述，有可能為洩漏測試系統配備在加速階段啟動的機械構件，並導致測量電路內體積逐漸減少，從而壓縮氣體元素和輔助氣體，即測量電路內的壓力增加。這需要增加氣體元素流向質譜儀；因此需要少量的輔助氣體，並加快了控制週期。換句話說，在加速階段，機械構件的致動導致真空腔室或測量電路另一部分的壓力增加，從而緩解和加速輔助氣體和氣體元素從電池流向質譜儀1而逸出。使用這些機械構件進一步的好處是加快洩漏測試週期，而不稀釋要檢測的氣體和/或蒸汽的濃度，因為壓力的增加是透過壓縮氣體和/或蒸汽獲得的，而不需要注入大量輔助氣體，從而稀釋要檢測到的氣體和/或蒸汽的濃度。圖2示出了這些機械構件的第一實施例，允許獲得一個可變體積真空腔室。在這種情況下，真空腔室4提供了活塞11，其在推動階段的驅動允許減少真空腔室本身的內部體積。圖2中示出的洩漏測試系統也可以包括連接閥3(未見於圖中)。或者，透過修改系統的結構，可以以不同的方式製造機械構件，以便提供外殼的活塞12與質譜儀1相連，並更特別地置於真空腔室4和加熱毛細管2之間。在圖3中示出的實施例中，真空泵6透過耦合閥5連接到所加熱的毛細管2和活塞12之間的測量電路。附加閥13置於真空腔室4和活塞12之間。活塞12在加速階段的運行如下。透過真空泵6，在真空腔室4內創建所需的真空位準：耦合閥5和附加閥13是打開的，活塞12處於後部位置，即它不對測量電路施加任何作用。閥5和13被關閉，可從真空腔室4中逸出的氣體和/或蒸汽積聚在真空腔室4內。進入閥8打開，使輔助氣體注入為真空的腔室4，且閥13被打開，使真空腔室4與質譜儀1傳輸。活塞12從後部位置傳遞到進階位置，對氣體和/或蒸汽施加進一步推力，並改善其朝向質譜儀1的流。如前所述，必須程式化質譜儀，以便在洩漏測試期間檢測特定氣體和/或蒸汽。如果電池中所含的物質使得無法事先知道要檢測的氣體和/或蒸汽，首先可以在有洩漏的電池上進行測試，以識別必須檢測的氣體和/或蒸汽。在識別必須檢測到的測量洩漏率的物質後，頻譜儀經過適當程式化，僅檢測這些物質。如前所述，根據本案發明的洩漏測試方法包括三個階段：真空創建階段、穩定或積累階段以及推動或加速階段。根據較佳的實施例，每個階段的持續時間是預先確定的。如果從電池中逸出的氣體元素由DMC組成，則每個階段的持續時間可能約為兩秒鐘。在上述實施例中，氣體和/或蒸汽的檢測是透過四極質譜儀進行的，但可以使用不同的技術和儀器，例如氣體色譜儀。根據替代實施例，可以在洩漏測試週期和下一週期之間進行清除或清潔週期。清除週期的目的是從系統組件中去除，例如從真空腔室、頻譜儀和泵送系統中去除可能在以前的洩漏測試週期中逸出的氣體元素。這些元素可能會污染系統並影響隨後的測試週期。如果在之前對洩漏的電池組進行的洩漏測試中，系統內釋放了大量氣體和/或蒸汽，則即使測試週期完成，這些氣體和/或蒸汽也可能留在系統組件內，並且在隨後的測試中也可以檢測到它們的存在，從而損害了測試結果的可靠性。清除週期用於在進行新測試之前清除系統的任何污染。清除週期可以在要測試的電池被置於真空腔室之前，或在它已經定位後和洩漏測試開始之前進行。如果要測試的電池已經置於真空腔室中，在清除週期中，真空腔室中的氣體/蒸汽透過真空泵進行疏散，保持連接閥與頻譜儀相連。真空腔室內的壓力降低到適當的值後，惰性氣體(如氦氣或氬氣)被注入真空腔室。然後，真空腔室內的壓力會增加，直到達到預設的壓力位準。然後再次啟動真空泵，降低真空腔室內的壓力，直到達到用於進行洩漏測試的預定真空位準。在這次操作中，真空腔室中的所有污染物，即在上一測試週期中可能從測試電池中逸出的氣體/蒸汽，都被惰性氣體稀釋。因此，在達到預定真空位準後，殘留污染物的百分比將降低到可接受的位準。在此階段，可以打開連接真空腔室和頻譜儀的連接閥，並進行洩漏測試。當真空腔室是空的時可以進行同樣的操作，即在要檢查的電池被置於真空腔室之前，以便清除真空腔室，並獲取真空腔室的背景位準，以相對於在洩漏測試中檢測到的特定的氣體元素(氣體和蒸汽)的存在。「獲得背景位準」是指在真空腔室內誘導出適當程度的壓力後，檢測真空腔室中結構上存在的化學元素，因為它們取決於真空腔室內部環境的物理和結構特徵，並可能影響儀器的讀數。必須與要檢查的電池關聯的洩漏速率確實與質譜儀檢測到的洩漏速率相對應，從該速率中減去與真空腔室背景位準相關值。獲取真空腔室背景位準的步驟，必須在要檢查的電池尚未插入真空腔室時執行，該步驟已參照整個測試系統的清除週期的性能進行了描述，但在進行每次洩漏測試之前也可以執行該步驟。在此描述的洩漏測試系統和方法是指單個電池組的測試。但是，可以置於真空腔室內並同時測試多個電池。在這種情況下，系統給出洩漏率的一般指示，而沒有指示哪個電池實際上存在洩漏。要獲得有關單個電池洩漏率的資訊，有必要對後者進行後續的專用洩漏測試，類似於前一測試。至今本案發明的實施例是指鋰離子電池組中所含電池組的洩漏測試。根據本案發明的洩漏測試系統和方法也可以應用於不同類型的電池組，如固態電池組。

100:洩漏測試系統 1:質譜儀 2:毛細管元件/毛細管 3:連接閥 4:真空腔室 5:耦合閥 6:真空泵 7:熱產生器 P:壓力感測器 T:溫度感測器 8:進入閥 9:壓力調節器 10:輔助氣體容器/槽 11:活塞 12:活塞 13:附加閥 T1,T2:轉換

本案發明在此詳細描述了所附圖式所示的實施例，應理解為示例性，而非限制性，其中： [圖1]是根據本案發明示出洩漏檢測系統的第一實施例； [圖2]是根據本案發明示出洩漏檢測系統的第二實施例；和 [圖3]是根據本案發明示出洩漏檢測系統的第三實施例； [圖4]示出關於無洩漏的電池的第一圖表；和 [圖5]示出關於有洩漏的電池的第二圖表。

T1,T2:轉換

Claims

一種用於電池組電池洩漏測試的方法，該電池被密封並且包括該電池組電池操作所必需的部件和物質，其是透過包括真空腔室(4)和檢測和測量儀器(1)的洩漏測試系統(100)，該方法包括以下步驟，不須依此順序：用使得該電池(2)的至少一部分在該真空腔室(4)中的方式定位該電池；密封該真空腔室(4)；開始真空創建階段，其中該真空腔室(4)內的壓力降低至較待檢查的該電池內壓力位準為低的較低位準，該較低位準使得在洩漏的情況下，源自該電池內的部件和/或物質的氣體和/或蒸汽從該電池洩漏；開始穩定階段，其中在洩漏的情況下該氣體和/或蒸汽從該電池洩漏；開始加速階段，其中將輔助氣體饋入該真空腔室(4)，將從該電池洩漏的該氣體和/或蒸汽推動到該檢測和測量儀器(1)；和透過該檢測和測量儀器(1)檢測洩漏率；其特徵在於，該加速階段包括提高該洩漏測試系統(100)內的壓力，從而增加從該電池洩漏到該檢測和測量儀器(1)的該氣體和/或蒸汽的流量。
根據請求項1所述的方法，其中透過將該輔助氣體以預定量以脈衝方式饋入所述真空腔室(4)中來升高該洩漏測試系統(100)內的壓力。
根據請求項2所述的方法，其中該輔助氣體的饋入量與該真空腔室(4)的體積成正比。
根據前述請求項中的任一項所述的方法，其中該洩漏測試系統(100)內的壓力透過致動減小該洩漏測試系統(100)的內部容積的機械構件而升高，從而導致從該電池洩漏的該氣體和/或蒸汽的壓縮。
根據請求項4所述的方法，其中該機械構件包括置於該真空腔室(4)內的活塞(11)。
根據請求項5所述的方法，其中該機械構件包括置於該真空腔室(4)和該檢測和測量儀器(1)之間的活塞(13)。
根據請求項1至3中任一項所述的方法，其中該檢測和測量儀器(1)檢測到的該氣體和/或蒸氣是由碳酸二甲酯組成。
根據請求項1至3中任一項所述的方法，其中該輔助氣體是由氬氣組成。