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Sind der Akku und die Brennstoffzelle dicht?

27. Januar 2022, 13:00 Uhr | Sandra Seitz, Inficon

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Dichtheit von Batteriegehäuse und Batteriepack

Inficon, Batteries
Bild 1: Für eine Vorprüfung mit Heliumgas bietet sich eine Vakuumkammer an, in der sich austretendes Prüfgas sehr schnell detektieren lässt.
© Inficon

Vorprüfung der Gehäuse

Weil ein noch nicht bestücktes Gussgehäuse aus Aluminium hohen Druckdifferenzen standhält, bietet sich eine Vorprüfung mit Heliumgas in der Vakuumkammer an – austretendes Prüfgas wird im Vakuum der Kammer sehr schnell detektiert (Bild 1). Diese hohe Geschwindigkeit ist neben ihrer Empfindlichkeit der große Vorzug der Vakuummethode: Sie gestattet in der Fertigungslinie besonders kurze Taktzeiten.

Eine weitere Option für eine integrale Dichtheitsprüfung von bestückten wie unbestückten Gehäusen ist die Akkumulationsprüfung, die allerdings etwas längere Taktzeiten benötigt. Dabei ermittelt man in einer simplen Akkumulationskammer, ob Prüfgas aus dem Innern des Prüfteils austritt. Ventilatoren sorgen dafür, dass sich austretendes Prüfgas in der Kammer verteilt und darin anreichert, um dann detektiert zu werden. Als Prüfgase eignen sich bei dieser Methode wahlweise Helium oder das kostengünstige Formiergas, ein unbrennbares Gemisch aus fünf Prozent Wasserstoff und 95 Prozent Stickstoff.

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Bestückte Gehäuse und Batteriepacks

Möchte ein Hersteller die Integrität der Dichtungen an einem bereits zusammengebauten Batteriepack testen, verbietet sich eine Vakuumprüfung, denn ein zu hoher Differenzdruck könnte die Dichtungen beschädigen und Unterdruck die verbauten Kondensatoren zerstören. Dafür bietet sich stattdessen die ebenfalls prüfgasbasierte Schnüffellecksuche an. Entweder befindet sich die Messspitze des Schnüffelleck-Suchgeräts dabei an einem Roboterarm, der an allen gedichteten Verbindungsstellen zwischen Gehäuseboden und -abdeckung entlangfährt, oder ein Prüfer führt eine Messspitze manuell über die neuralgischen Stellen des Gehäuses. Gerade bei einer automatisierten Prüfung, bei der ein Roboterarm die Schnüffelspitze über das Gehäuse bewegt, ist ein möglichst kleiner Sicherheitsabstand zur Oberfläche des Prüfteils wünschenswert, damit die Schnüffelspitze austretende Prüfgaswolken zuverlässig erfasst (Bild 2).

Inficon, Fuel Cell
Bild 2: Bei der prüfgasbasierten Schnüffellecksuche fährt ein Roboterarm die Messspitze an allen gedichteten Verbindungsstellen entlang.
© Inficon

Herkömmliche Schnüffelleck-Suchgeräte arbeiteten früher meist mit einem Gasfluss von nur 60 sccm (Standardkubikzentimeter pro Minute) – eine dynamische Roboter-Schnüffellecksuche war damit unmöglich. Einige moderne Schnüffelleck-Suchgeräte sind allerdings speziell für solche dynamischen Roboterprüfungen ausgelegt: Sie verfügen über einen sehr hohen Gasfluss von beispielsweise 3000 sccm.

Austritt von Kältemittel

Prinzipiell sind bei Traktionsbatterien zwei verschiedene Kühlsysteme im Einsatz: eine passive Luftkühlung und eine aktive Flüssigkeitskühlung, die meist mit Wasser-Glykol-Gemischen realisiert wird. Die Kühlkanäle bestehen dabei typischerweise aus Aluminium oder Kupfer. Eine Dichtheitsprüfung der Kühlkomponenten hat nicht nur den Zweck, eine effektive Kühlung der Batterie sicherzustellen – wenn Wasser oder Kältemittel austreten, kann dies auch Kurzschlüsse in den Batteriezellen oder -packs nach sich ziehen.

Oft ist für Kühlkreislauf-Komponenten eine Prüfung in der simplen Akkumulationskammer sinnvoll, in der sich austretendes Prüfgas – wahlweise Helium oder Formiergas – ansammelt. Bei einem Kühlsystem mit Wasser-Glykol-Gemisch beträgt die Grenzleckrate, gegen die geprüft werden sollte, 10-4 mbar∙l/s. Leckraten dieser Größenordnung lassen sich nur mit spürgasbasierten Prüfmethoden sicher detektieren. Gegenüber der Akkumulationsprüfung bleibt der Vorteil der aufwendigeren Vakuumprüfung mit Helium auch in diesem Fall, dass sie kürzere Taktzeiten gestattet.


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