Warum Helium-Bombing nicht für Batteriezellen geeignet ist
Eine gängige Methode zur Prüfung hermetisch versiegelter Teile ist das Helium-Bombing. Die Teile werden eine Zeit lang in einer Heliumatmosphäre unter Überdruck gelagert und anschließend mit einem Vakuum-Lecksuchgerät auf austretendes Helium geprüft. Der bekannteste Anwendungsfall für diese Dichtheitsprüfmethode ist die Dichtheitsprüfung von Airbag-Gasgeneratoren.
Wenn man versucht, , hermetisch verschlossene, mit Elektrolyt gefüllte Batteriezellen mit der Helium-Bombing Testmethode auf Dichtheit zu prüfen, birgt dies die Gefahr, dass Lecks übersehen werden, wie in diesem Artikel erläutert wird. Sie stellt außerdem keine zuverlässige Methode der Dichtheitsprüfung dar.
Wie funktioniert das Bombing von gasgefüllten Teilen?
Bei der Dichtheitsprüfung von hermetisch verschlossenen, gasgefüllten Teilen wird das zu prüfende Teil für einige Minuten in einer Helium-gefüllten Kammer mit Atmosphären-Überdruck von üblicherweise 5 - 10 bar gelagert. Bei einem Leck dringt Helium in das Teil ein, und mit der Zeit füllt sich das Teil nach und nach mit Helium. Der Prozess ist beendet, wenn das Teil den gleichen Innendruck wie der Heliumdruck in der Bombingkammer erreicht hat und das Teil so mit einer Heliumkonzentration von 80 bis 90 % gefüllt ist (bei einem Helium-Bombingdruck von 5 bis 10 bar). Anschließend wird das Teil in eine Vakuumkammer gebracht. Wenn ein Leck vorhanden ist, entweicht das Helium-Luft-Gemisch wieder durch das Leck und wird vom Lecksuchgerät erkannt. Der Vorgang kann sehr zuverlässig wiederholt werden.
Helium-Bombing von flüssigkeitsgefüllten Teilen wie Batteriezellen
Bei flüssigkeitsgefüllten Teilen, wie z. B. Elektrolyt-gefüllten Batteriezellen, dringt das Helium aufgrund des Heliumüberdrucks in der Bombingkammer ebenfalls in das Teil ein. Helium ist jedoch ein sehr leichtes Gas und steigt sofort an die Oberfläche der Flüssigkeit. Mit der Zeit sammelt sich das Helium im oberen Freiraum des Teils (dem sogenannten Headspace) an, bis der Druck im Headspace den gleichen Druck erreicht hat wie der Heliumdruck in der Bombingkammer.
Wenn nun das undichte Teil für die anschließende Dichtheitsprüfung in eine Vakuumkammer gelegt wird, kann das Helium nicht wieder aus dem Teil entweichen, da es nicht vor dem Leckkanal geblieben ist, sondern nach oben aufgestiegen ist. Nur Lecks im Bereich des Headspaces der Teile, die nicht mit der Flüssigkeit (in diesem Fall Elektrolyt) benetzt sind, können erkannt werden. Alle Lecks, die vom Elektrolyt benetzt sind, werden nicht erkannt. Daher bietet das Heliumbombing keine wiederholbare und zuverlässige Lösung für die Dichtheitsprüfung von Elektrolyt-gefüllten Batteriezellen
Wie man Batteriezellen nach dem Befüllen mit Elektrolyt prüft: mit der direkten Elektrolytleckagen
Eine bessere Methode zur Dichtheitsprüfung von mit Elektrolyt gefüllten Batteriezellen ist die Methode der direkten Elektrolyt-Lecksuche (Direct Electrolyte Leak Detection, DELD). Beim DELD-Verfahren werden versiegelte, mit Elektrolyt gefüllte Batteriezellen in eine Vakuumkammer gelegt. Da nun der Druck im Inneren der Zellen höher ist als in der Vakuumkammer (auch bei Pouch-Zellen), tritt der Elektrolyt durch eventuelle Lecks aus den Zellen aus und der Lösungsmittelanteil verdampt in der Vakuumkammer. Ein angeschlossenes Elektrolyt-Prüfgerät ELT3000 PLUS erkennt das verdampfende Lösungsmittel als Nachweis des Lecks. Dieses Verfahren ist sehr wiederholbar. Er kann für rückverfolgbare Leckraten kalibriert werden und bietet eine einzigartige, zuverlässige Methode zur Erkennung defekter Batteriezellen.
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