Eine Röntgenaufnahme zeigt, was mit der Batterie eines Elektroautos nach einem Unfall passiert.

Ein neues System, das vom deutschen Institut Fraunhofer entwickelt wurde, ermöglicht es, den Innenraum der Batterien von Elektroautos ohne Demontage zu analysieren. Die Technologie wurde an beschädigten Fahrzeugen getestet, darunter ein Volkswagen ID.3, wobei die Ergebnisse neue Möglichkeiten für Reparatur und Wiederverwendung eröffnen.

Eine der wichtigsten Fragen, die auftauchen, wenn ein Elektroauto einen Unfall hat, ist, was mit seiner Batterie geschehen ist. Auch wenn sie scheinbar keinen Schaden aufweist, kann ein starker Aufprall interne Verformungen verursachen, die von außen nicht sichtbar sind. Diese zu überprüfen ist nicht immer einfach, insbesondere bei großen Batterien, die unter dem Fahrzeugboden installiert und durch einen Metallkasten geschützt sind.

Bislang erfordert es, festzustellen, ob eine beschädigte Batterie weiterhin verwendet werden kann, die Kombination verschiedener Tests sowie unter bestimmten Umständen das Demontieren von Komponenten, um auf deren Innenraum zuzugreifen. Doch ein in Deutschland entwickeltes Projekt könnte diese Arbeit erheblich erleichtern, indem es Technikern ermöglicht, mithilfe von Röntgenstrahlen in die Batterie hineinzuschauen und mögliche strukturelle Schäden automatisch zu erkennen.

Die Technologie wurde vom Fraunhofer-Institut für integrierte Schaltungen (IIS) in Zusammenarbeit mit der Universität für Angewandte Wissenschaften München im Rahmen des AIR-Projekts entwickelt. Ihr Ziel ist es, ein Werkzeug bereitzustellen, das den mechanischen Zustand von Batterien – sowohl bei Unfallfahrzeugen als auch bei gebrauchten Einheiten, die für andere Zwecke genutzt werden könnten – bewerten kann.

Das System verwendet zweidimensionale Röntgenaufnahmen, die anschließend mit einem speziell für diese Aufgabe entwickelten Computerprogramm analysiert werden. Dieses ist in der Lage, automatisch die Zellen der Batterie zu identifizieren – unabhängig davon, ob es sich um zylindrische, prismatische oder taschenförmige Zellen handelt – und zu überprüfen, ob es Verschiebungen, Deformationen oder Schwellungen gibt, die auf interne Schäden hindeuten könnten.

Interessanterweise ist es nicht notwendig, die Batterie zu öffnen oder ihre Komponenten demontieren. Je nach eingesetzter Anlage kann das Gerät direkt den Batteriepack oder sogar das gesamte Auto untersuchen, indem es das Ganze durch das Röntgensystem führt.

Laut den von den Forschern durchgeführten Tests kann der Prozess der Bildanalyse in etwa fünf Minuten abgeschlossen werden. Dabei handelt es sich jedoch um die Zeit, die zur Bewertung der Röntgenaufnahmen einer Batterie benötigt wird, nicht um die Gesamtdauer der Inspektion, die vom Umfang des Systems sowie von der Anzahl der erforderlichen Bilder abhängt.

Ein verunfallter Volkswagen ID.3 zeigt die Möglichkeiten des Systems

Eine der interessantesten Tests des Projekts beinhaltete einen Volkswagen ID.3, der zuvor an einem Crash-Test durch DEKRA teilgenommen hatte. Das deutsche Elektroauto wurde mit einer Geschwindigkeit von 79 km/h gegen die Heckpartie eines stehenden Volkswagen Tiguan gelenkt, wodurch erhebliche Schäden an seiner Vorderstruktur entstanden.

Durch den Unfall konnten die Forscher überprüfen, inwieweit die unter dem Fahrzeugboden installierte Batterie von den Auswirkungen des Aufpralls betroffen war. Und hier kam eine der Überraschungen der Studie zum Vorschein.

Trotz der erheblichen sichtbaren Schäden am Karosseriekörper zeigten die Röntgenaufnahmen keine kritischen strukturellen Anomalien in der Batterie. Die Analyse ihrer neun Module ergab, dass die Zellen eine gleichmäßige Anordnung aufwiesen, ohne bei den untersuchten Bildern nennenswerte Verschiebungen, Ausbuchtungen oder Verformungen.

Die Computersoftware identifizierte automatisch die Taschenzellen, die in dieser Batterie verwendet wurden, und verglich die Krümmung ihrer Ränder, um mögliche Veränderungen festzustellen. Die Ergebnisse zeigten keine kritischen Abweichungen, die auf interne strukturelle Schäden hindeuteten.

Aber die Forscher beschränkten sich nicht auf Röntgenaufnahmen. Sie analysierten auch die während des Unfalls erfassten Daten, überprüften die im Batteriemanagementsystem gespeicherten Informationen und führten verschiedene elektrische Tests gemäß den Sicherheitsvorschriften von DEKRA durch.

Mit all diesen Informationen wurde die Batterie des Volkswagen ID.3 in das niedrigste Risikoniveau EUCAR 0 eingestuft und erhielt die Genehmigung, weiterhin verwendet zu werden.

Es ist wichtig zu betonen, dass diese Schlussfolgerung ausschließlich auf die untersuchte Einheit zutrifft. Das bedeutet nicht, dass alle Batterien eines ID.3 ein ähnliches Unfallereignis unbeschadet überstehen können, da das Ergebnis von zahlreichen Faktoren abhängt, wie der Aufprallrichtung, der Deformation der Struktur oder den auf das Gesamtsystem übertragenen Kräften.

Die Forscher testeten das System auch mit einer aus zylindrischen Zellen bestehenden Batterie, die bereits einen Unfall erlitten hatte. In diesem Fall zeigten Röntgenaufnahmen eine völlig andere Situation.

Das Programm erkannte automatisch die Position der Zellen und stellte fest, dass ein Teil des Systems erhebliche Deformationen aufwies. Mehrere Zellen hatten sich von ihrer ursprünglichen Position verschoben, was durch den Vergleich der Bilder mit einer Referenz festgestellt werden konnte.

Auch wenn keine Anzeichen für Aufblähung festgestellt wurden, kamen die Forscher zu dem Schluss, dass die Batterie aufgrund der festgestellten mechanischen Schäden nicht wieder verwendet werden sollte. Dies zeigt, dass es nicht ausreicht, zu überprüfen, ob eine Batterie ihre Kapazität beibehält oder scheinbar normal funktioniert, um sicherzustellen, dass sie weiterhin sicher eingesetzt werden kann.

Diese Technologie könnte auch wichtige Anwendungen auf dem Gebrauchtmarkt sowie bei der Wiederverwendung von Batterien haben. Derzeit ist einer der wichtigsten Indikatoren für den Zustand einer Batterie das sogenannte SOH, mit dem die verbleibende Kapazität im Vergleich zum Zustand beim Kauf geschätzt werden kann.

Diese Angabe gibt jedoch nicht unbedingt Aufschluss über mögliche innere physische Schäden. Eine Batterie kann eine hohe Kapazität beibehalten und gleichzeitig Deformationen aufweisen, die eine Wiederverwendung unzumutbar machen.

Das von Fraunhofer entwickelte System würde es ermöglichen, die elektrischen Tests durch eine Bewertung der mechanischen Integrität zu ergänzen. Dadurch könnte die Identifizierung von Batterien erleichtert werden, die für einen zweiten Lebenszyklus als stationäre Speichersysteme in Wohnhäusern, Industrieanlagen oder Stromnetzen geeignet sind.

Außerdem könnte es besonders nützlich für Transportunternehmen, Versicherungen, Werkstätten und Recyclingzentren sein, die entscheiden müssen, was mit Batterien aus Unfallfahrzeugen geschehen soll. Eine genaueere Bewertung würde dabei helfen zu entscheiden, welche Batterien wiederverwendet werden können, welche weitere Tests benötigen und welche endgültig ausgemustert werden müssen.

Die Forscher betonen jedoch, dass Röntgenaufnahmen die elektrischen Prüfungen sowie eine individuelle Sicherheitsbewertung nicht ersetzen können. Es handelt sich um ein ergänzendes Werkzeug, das Informationen über den physischen Zustand der internen Komponenten liefert.

Für die Zukunft arbeitet Fraunhofer daran, diese Möglichkeiten durch das Projekt Giant-Eye-CT zu erweitern – ein Computertomographiesystem, das es ermöglichen würde, dreidimensionale Bilder von vollständigen Elektrofahrzeugen zu erstellen. Eine Weiterentwicklung, die ein noch höheres Detailniveau bieten und die Identifizierung von Schäden erleichtern könnte, die mit herkömmlichen Röntgenaufnahmen schwer zu erkennen sind.

Auch wenn es sich noch um eine entwickelnde Technologie handelt, sind ihre möglichen Anwendungen zahlreich. Von der Verbesserung der Bewertung von beschädigten Elektroautos bis hin zur Erleichterung des Recyclings von Batterien, die noch viele Jahre Lebensdauer vor sich haben. Und vor allem dazu, zu verhindern, dass eine Batterie aus rein praktischen Gründen – weil es zu kompliziert ist, herauszufinden, was in ihrem Inneren geschehen ist – vorzeitig recycelt wird.