Đảm bảo chất lượng keo dính khi sản xuất hộp pin trên ô tô điện

Pin là một thành phần quan trọng của xe điện (EV) và ô tô plug-in hybrid. Khả năng lưu trữ năng lượng của pin ảnh hưởng đến quãng đường đi được của xe trong một lần sạc và tổng chi phí sử dụng ô tô. Chất lượng của pin ảnh hưởng đến dung lượng lưu trữ, cũng như tuổi thọ sử dụng, độ an toàn và hiệu suất tăng tốc của xe. Đảm bảo chất lượng pin rất quan trọng nên nhu cầu ngày càng tăng về các thiết bị và phương pháp kiểm tra tốt hơn liên quan đến pin.

Giải phẫu pin xe điện và xe lai hybrid

Ngành ô tô điện đã có những phát triển ổn định trong các năm qua. Giá pin xe điện nói riêng đã giảm 80% kể từ năm 2010, và được kỳ vọng sẽ giảm thêm 45% nữa vào năm 2021. Chi phí pin xe điện giảm dần giúp loại phương tiện này trở nên phải chăng hơn cho nhiều đối tượng khách hàng.

Ngoài việc chi phí sản xuất giảm, hiệu suất của pin xe điện cũng đã trở nên tốt hơn. Nhìn chung, hầu hết các loại xe điện hiện nay đều sử dụng pin Lithium-ion. Các công ty vẫn đang đầu tư mạnh mẽ vào loại pin này do khả năng sạc tốt của chúng.

Vỏ bên ngoài của hộp pin thường được làm bằng hợp kim nhôm và được lót bên trong bằng một lớp vật liệu composite. Lớp lót hộp pin này có thể chứa các thành phần vật liệu khác nhau như gốm sứ, sợi aramid (sợi polyamit), boehmite hoặc polyvinylidene difluoride (PVDF). Mục đích của nó là tạo lớp cách nhiệt và là bề mặt cho chất kết dính dùng để gắn lõi pin vào bên trong hộp. Lõi pin thường là loại lithium ferrophosphate (LFP) hoặc lithium polymer bậc ba (LiPo). Nếu kết dính của lớp keo không tốt, lõi pin có thể bị bung ra trong quá trình hoạt động, ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin và chi phí sở hữu xe. Các bước kiểm tra và đảm bảo chất kết dính giữa lớp phủ và lõi pin tốt là một bước quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng pin nói chung.

Kiểm tra keo dính bằng siêu âm mảng pha (PAUT)

Thiết bị kiểm tra khuyết tật siêu âm mảng pha (PA) OmniScan ™ X3 có thể được sử dụng để kiểm tra lớp phủ và chất kết dính của pin nhờ vào hình ảnh chi tiết về cấu trúc bên trong của mẫu thử. Giải pháp cung cấp cho các nhà sản xuất ô tô một phương pháp không phá hủy để xác nhận chất lượng của pin. Siêu âm mảng pha sử dụng nhiều biến tử để tạo xung với khả năng quét và tập trung chùm siêu âm trong vật liệu, cho phép phát hiện nhanh chóng và cung cấp kết quả chính xác và đáng tin cậy với sự hỗ trợ hình ảnh trực quan.

OmniScan X3 cung cấp hình ảnh S-Scan của cấu trúc kết dính bên trong pin lithium ferrophosphate (LFP) và lithium polymer bậc ba (LiPo).

Cách PAUT kiểm tra và biểu diễn chất lượng của lớp keo kết dính trên pin xe ô tô điện

Sóng siêu âm dọc được truyền qua lớp nhôm, lớp phủ composite và lớp keo. Trở kháng âm của không khí cao hơn trở kháng của keo, do đó, năng lượng phản xạ từ bề mặt giữa lớp phủ-không khí nhiều hơn bề mặt lớp phủ-lớp keo. Một phần năng lượng cũng bị mất khi sóng âm truyền qua keo. Do vậy, có sự khác biệt đáng kể về chiều cao xung phản xạ A-Scan khi có đủ keo kết dính và khi không có keo hoặc kết dính không tốt. Bằng cách này, có thể phân biệt rõ ràng lớp kết dính có chất lượng tốt hay không.

Thiết lập kỹ thuật kiểm tra, phương pháp quét chùm âm và thiết bị cần sử dụng

Chúng tôi tiến hành thử nghiệm trên mẫu pin bằng cách sử dụng kỹ thuật Phased Array quét tuyến tính ở chế độ xung-dội. Hình ảnh sau cho thấy thiết lập kiểm tra sử dụng trong bài viết.

Hộp pin cần có trọng lượng càng nhẹ càng tốt, do đó, lớp vỏ nhôm của mẫu thử chỉ dày 1,5 mm và lớp phủ dày 0,1 mm.

Đầu dò mảng pha Olympus 5L64 NW1 và nêm SNW1-0L được sử dụng cho thử nghiệm này.

Sau khi điều chỉnh các thông số của thiết bị và quét mẫu, chúng ta có thể thấy rõ sự khác biệt giữa các vị trí có keo dính chất lượng tốt và vị trí không có keo dính hay kết dính không tốt.

Áp dụng kiểm tra PAUT để phát hiện bong tách giúp làm tăng hiệu suất hoạt động của các xe ô tô điện

So sánh giữa hình ảnh quét C và đối tượng kiểm tra thực tế cho thấy kết rõ ràng và trực quan như thế nào. Khi công nghệ siêu âm mảng pha được sử dụng để kiểm tra tình trạng liên kết của keo phủ composite cho hộp ắc quy và pin của xe điện và xe hybrid, việc thiết lập, kiểm tra và phân tích dễ dàng giúp đảm bảo chất lượng của các hộp pin, nâng cao tuổi thọ và qua đó làm tăng thời gian sử dụng và giảm chi phí sử dụng xe động cơ điện trong dài hạn.