Fraunhofer automatiza el análisis por rayos X de las baterías de vehículos eléctricos

El Fraunhofer IIS ha desarrollado un software que examina automáticamente las imágenes de rayos X de baterías completas de vehículos eléctricos en busca de irregularidades mecánicas. Este método, creado en el proyecto de investigación AIR, tiene como objetivo complementar los diagnósticos clásicos de baterías y proporcionar información adicional sobre vehículos dañados en accidentes, así como antes de su posible reutilización.

El software de rayos X detecta celdas redondas desplazadas y delimita automáticamente las áreas deformadas.

Imagen: Fraunhofer IIS

En colaboración con la Universidad Técnica de Múnich, el Centro de Desarrollo de Tecnología de Rayos X del Fraunhofer IIS ha desarrollado un método que permite radiografiar baterías de alto voltaje completas sin abrir su carcasa ni retirar sus componentes individuales. El sistema AIR (AIR es la abreviatura de *Antriebsbatterieinspektion mittels Röntgentechnik*, es decir, inspección de baterías de tracción mediante tecnología de rayos X) no es algo nuevo: Fraunhofer presentó por primera vez esta tecnología de pruebas en 2024 y la probó en más de 100 automóviles eléctricos privados, entre otros. Lo novedoso, sin embargo, es una biblioteca de software que evalúa automáticamente las proyecciones en 2D generadas por los rayos X.

Según Fraunhofer IIS, el software puede localizar automáticamente celdas cilíndricas, celdas prismáticas y celdas de tipo pouch en los tipos de baterías analizados hasta ahora. Luego puede detectar irregularidades geométricas, que pueden indicar celdas desplazadas o deformadas, así como hinchazón de las celdas.

La configuración de medición se asemeja a un lavadero de automóviles: una fuente de rayos X situada por encima del vehículo escanea el automóvil y la batería que se encuentra debajo del piso, mientras que un detector situado abajo capta la radiación. Dependiendo de la configuración del ensayo, también se puede examinar únicamente el paquete de baterías. Fraunhofer había indicado anteriormente que el tiempo de medición para escanear un vehículo completo era de unos diez minutos. En el entorno de pruebas utilizado, la evaluación automatizada recién presentada de un paquete de baterías tardó aproximadamente cinco minutos, según el instituto. No obstante, el tiempo total de pruebas depende de factores como el tamaño del paquete, la configuración de medición y la cantidad de proyecciones necesarias.

Aparte del análisis por rayos X, ya existen diversos métodos para evaluar las baterías de vehículos eléctricos usadas, principalmente con el fin de determinar su estado eléctrico y electroquímico o Estado de Salud (SoH). La relevancia de las pruebas individuales fue demostrada recientemente por una evaluación realizada por Aviloo: entre más de 500,000 vehículos eléctricos examinados, el SoH variaba significativamente incluso entre vehículos del mismo modelo y con un kilometraje comparable.

No obstante, el SoH no indica directamente si las celdas y módulos dentro de un paquete de baterías cerrado están mecánicamente intactos. El envejecimiento, las vibraciones o los accidentes pueden causar desplazamientos y deformaciones. Es precisamente aquí donde interviene el proyecto AIR.

El análisis por rayos X complementa la diagnóstica clásica de baterías

La inspección por rayos X no tiene como objetivo reemplazar las pruebas de baterías eléctricas. Más bien, las imágenes sirven para proporcionar información adicional sobre la integridad mecánica, convirtiéndose así en parte de una evaluación más completa del estado y la seguridad. Esto podría ser relevante, por ejemplo, para decidir si una batería dañada en un accidente debe ser examinada further, transportada, almacenada, reutilizada o reciclada.

Para demostrar cómo puede funcionar esto, el proyecto analizó, entre otros, un VW ID.3. El vehículo fue conducido a 79 km/h hacia la parte trasera de un VW Tiguan inmóvil en condiciones de laboratorio en DEKRA. A pesar de las deformaciones significativas en la zona delantera, Fraunhofer informó que no se detectaron irregularidades estructurales críticas para la seguridad en las proyecciones por rayos X de la batería ubicada debajo del piso.

El software localizó automáticamente las celdas tipo pouch en los nueve módulos de la batería y comparó, entre otras cosas, la curvatura de los bordes de las celdas seleccionadas. Según el instituto, no se encontraron desviaciones críticas, solapamientos ni abultamientos.

No obstante, la batería no fue autorizada para su uso posterior basándose únicamente en estas imágenes. Las evaluaciones adicionales incluyeron una valoración de riesgos según las directrices de DEKRA, datos del registrador de datos del evento y del sistema de gestión de baterías, así como pruebas eléctricas adicionales. Gracias a esta evaluación exhaustiva, la batería de alto voltaje fue clasificada en el nivel de riesgo EUCAR más bajo, 0, y se aprobó su uso posterior.

En otra batería dañada por una colisión que contaba con celdas cilíndricas, el análisis arrojó un resultado diferente. En este caso, el software detectó una zona significativamente deformada y celdas que estaban desplazadas con respecto a un punto de referencia. Aunque no se encontraron signos de hinchazón en las celdas, la batería aún no se recomendó para su uso posterior debido a la deformación mecánica.

También se utiliza la tecnología de rayos X en otros lugares para examinar baterías. Por ejemplo, Fraunhofer EMI ha desarrollado un sistema de rayos X de alta velocidad que permite visualizar los procesos dinámicos dentro de las celdas de batería de gran formato durante pruebas de carga y seguridad. Se prevé instalar un sistema de este tipo en PowerCo, la filial de baterías de Volkswagen en Salzgitter, en 2028.

Mientras tanto, el enfoque AIR podría ser relevante para casos de uso adicionales además de los vehículos accidentados. Fraunhofer IIS menciona las aplicaciones en segunda vida como un área potencial de uso. El instituto también considera que esta tecnología podría ser útil para futuros conceptos de inspección en el contexto de la inspección técnica periódica (HU) de los vehículos eléctricos. Sin embargo, Fraunhofer aún no ha anunciado planes concretos para su uso en el proceso regular de HU. En el futuro, se espera que el sistema de TC “Giant Eye” previsto en el Centro de Desarrollo de Tecnología de Rayos X en Fürth permita realizar análisis tridimensionales de vehículos eléctricos completos.