执行摘要及前言
电动汽车 (EV) 动力电池组和单个电池的密封完整性对其性能、寿命和运行安全至关重要。为了消除与液态电解液泄漏和环境污染（例如水分渗入）相关的风险，电池组和电池在整个生产生命周期中都要经过多次泄漏测试。
传统的密封性检测方法依赖于压缩空气压力衰减，而氦示踪气体检测则具有更高的精度。氦气是一种惰性气体，无毒、不易燃、无色且化学性质稳定。其原子半径小、分子密度低，使其能够快速扩散通过微孔。利用氦质谱泄漏检测（MSLD）技术，可以实现高灵敏度、快速响应和无损检测，从而确保汽车电池制造过程中严格的质量合规性。
第一部分：氦气泄漏检测技术的应用场景
1.1 电池单元泄漏检测
电池级泄漏检测包括在注入电解液之前对空外壳进行干式泄漏测试（氦气泄漏检测通常采用正压真空室测试）和电解液填充及盖焊接后密封电池的干式泄漏测试（氦气泄漏检测后通常采用负压真空法）。
（1）氦气泄漏检测
氦气预测试用于检查棱柱形铝壳和圆柱形电池裸壳的焊缝完整性。电池外壳抽真空后，充入100%氦示踪气体并密封。然后将电池转移到密封的真空室中。真空室抽真空后，氦质谱仪测量在校准的停留时间内从微缺陷逸出的精确氦流量。
刚性电池外壳测试的标准拒收阈值设定为泄漏率限值 10⁻⁶毫巴·升/秒为了优化气体消耗，氦气可以用干燥空气或氮气稀释。在正压模式下，氦气在反应釜内的压力高于1个大气压；通过缺陷孔逸出的气体通过嗅探探针进入质谱仪进行定量分析。
（2）氦气泄漏检测后
氦气后测试用于验证电解液填充和密封塞焊接后的最终密封完整性。为了降低气体成本，氦气后测试系统可以测量预先密封在电池内部的残留氦气。在负压真空室测试中，将成品电池装入连接到真空泵系统的测试室。抽真空后，可以定量检测任何通过有缺陷的密封塞或焊缝逸出的内部示踪气体，从而精确识别泄漏量，精度可达亚微米级。
1.2 电池组及外壳气密性测试
电池组泄漏测试涵盖电池组托盘、顶盖、液冷板和完整的组装电池外壳（大气氦气累积测试).
电池单元外壳、电源控制单元 (PCU)、电机外壳和电子控制模块的设计均符合以下要求： IP67防护等级 （在 1 米深的水中浸泡 30 分钟后，无水分渗入）。
测试方法对比：压力衰减法与示踪气体法
- 压力衰减法： 将空气充入密闭空间，并测量一段时间内的压力下降。虽然成本低廉，但其灵敏度有限，不适用于检测微小泄漏。
- 示踪气体法： 将氦气回填到测试件中，并利用质谱法测量逸出的示踪气体。具有超高的灵敏度和快速的响应时间。
行业最佳实践结合了在线全球测试（大气累积法）采用离线本地化检测（嗅探探针法).
大气累积法（在线全球测试）
组装好的电池组在大气累积室中，以较低的内部压差（约3 kPa）充入低浓度示踪气体（例如，氮气中的 6% He）。鼓风机使逸出的氦气在整个累积室中均匀分布，采样管线将气体输送到氦气泄漏检测器，以测量总泄漏量。
- 零结构应力： 低压差（~3 kPa）可保护大型电池组外壳免受物理变形。
- 经济高效的天然气混合物： 即使在低氦气浓度（~6% He）下也能有效运行，从而降低气体成本。
- 高循环速度： 提供快速、自动化的在线循环时间，与大批量汽车生产线相匹配。
嗅探器方法（离线点定位）
在测试组装好的电池组时，由于高真空环境可能损坏周边密封垫或电容器，因此采用离线嗅探测试。机械臂或技术人员引导嗅探探针沿周边焊缝和密封垫连接处进行检测。在静态或动态跟踪模式下，嗅探方法能够快速精确地定位泄漏点。
第二部分：氦气测试的关键技术进展
2.1 检测与质量安全方面的创新
直接电解质溶剂蒸汽检测
领先的仪器开发商，例如 大欣 无需注入氦气，即可直接检测电解液溶剂。在极低真空条件（约几毫巴）下，从微泄漏处逸出的液态电解液溶剂会瞬间汽化，并由专用质谱仪（例如 ELT3000）直接检测。常见的检测溶剂包括碳酸二甲酯 (DMC)、碳酸二乙酯 (DEC)、碳酸乙基甲酯 (EMC) 和丙酸丙酯 (PP)。对于柔性软包电池，专利的柔性膜腔可支撑软包表面，而不会造成结构变形。
消除锂电镀风险
传统的电解液填充后二次氦气注入方法存在气体滞留的风险，会导致局部电流分布不均； 锂电镀 在电池成型过程中，先进的电解液填充和密封塞泄漏测试设备无需注入气体即可验证密封塞焊接的完整性，从而消除质量控制盲点并降低工艺成本。
2.2 闭环氦气回收及成本降低
由于氦气是一种稀缺惰性气体（主要生产地区的工业进口依赖度超过95%），氦气在泄漏测试运营支出中占比超过50%。主要的成本削减策略包括：
- 高效回收系统： 闭环回收系统（例如湖北瑞城）可回收高达 85%+ 的废氦。
- 精密氦气混合与待机控制： 智能节气模块（例如上海尊道）在闲置期间自动将载气供应切换到氮气。
- 集成回收和净化装置： 现场净化系统（例如 Oubi Electronic Tech）对回收气体进行再净化，以便连续重复使用。
- 低浓度检测方案： 采用 10% 低浓度氦气混合物方法（例如，广顺检测）可减少高达 90% 的氦气采购费用。
2.3 自动化工业4.0集成
现代氦气泄漏检测设备已实现全自动化，适用于智能电池制造：
- 自动压力监测： 触摸屏人机界面提供实时压力诊断、合格/不合格评估和报警触发。
- 机器人物料搬运： 同步工业机器人执行自动装载、序列号记录和自动合格/不合格分拣。
- 多腔室并联结构： 多箱联动装置可实现灵活的生产线和快速的模具更换。
- 工业物联网与可追溯性： 集成式工业物联网系统存储测试参数，实现远程诊断，并保持完整的数字化可追溯性，以确保质量。
- 高速圆柱形生产线： 先进的生产线架构（例如万亿科技的 4680 型圆柱形电池泄漏检测生产线）将初级测试、二级测试、回收和提纯集成到连续的自动化工作流程中。
第三部分：行业结论与展望
在全球电动汽车和储能系统（ESS）市场快速增长的推动下，氦气泄漏检测技术持续快速发展。尽管国内设备制造商已显著缩小了测量精度、稳定性和速度方面的性能差距，但目前工程研发的重点仍在于克服对核心部件进口的依赖、提升质谱传感器的耐久性以及扩展闭环气体回收基础设施。
随着电池制造规模向太瓦时 (TWh) 全球产能迈进，自动化高精度泄漏检测仍然是提供安全、可靠和耐用储能解决方案的关键支柱。