Fraunhofer automatiza el análisis por rayos X de las baterías de automóviles eléctricos
El Fraunhofer IIS ha desarrollado un software que examina de forma automática las radiografías de baterías completas de vehículos eléctricos en busca de anomalías mecánicas. El método desarrollado en el proyecto de investigación AIR tiene como objetivo complementar la diagnóstica tradicional de baterías y proporcionar información adicional, especialmente en vehículos accidentados o antes de su posible reutilización.
El software de rayos X identifica celdas redondas desplazadas y delimita automáticamente las zonas deformadas.
Imagen: Fraunhofer IIS
El centro de desarrollo en tecnología de rayos X del Fraunhofer IIS, junto con la Universidad de Múnich, ha desarrollado un método que permite inspeccionar baterías de alto voltaje completas sin tener que abrir su carcasa ni desmontar sus componentes individuales. El sistema AIR (que significa Inspección de baterías de propulsión mediante tecnología de rayos X) en sí no es algo nuevo: Fraunhofer ya presentó esta técnica de inspección en 2024 y la probó, entre otros casos, en más de 100 automóviles eléctricos privados. Lo novedoso ahora es una biblioteca de software que analiza automáticamente las proyecciones en 2D generadas por los rayos X.
La configuración de medición recuerda a una instalación de lavado: una fuente de rayos X ubicada por encima del vehículo irradia al vehículo y a la batería situada debajo de él, mientras que un detector colocado abajo detecta las radiaciones. Dependiendo de la configuración de inspección, también se puede examinar únicamente el conjunto de baterías. El Instituto Fraunhofer había indicado anteriormente que el escaneo de un vehículo completo requería aproximadamente diez minutos. Según el instituto, la evaluación automatizada de un conjunto de baterías presentada ahora tardó unos cinco minutos en el entorno de pruebas utilizado. No obstante, el tiempo total de inspección depende, entre otros factores, del tamaño del conjunto, de la configuración de medición y de la cantidad de proyecciones necesarias.
Para evaluar las baterías de automóviles eléctricos usadas, además del análisis por rayos X ya existen diversos métodos que determinan principalmente el estado eléctrico y electroquímico, es decir, el State of Health (SoH). La importancia de una inspección individual quedó de manifiesto recientemente en un estudio realizado por Aviloo: entre más de 500.000 automóviles eléctricos analizados, el SoH variaba significativamente incluso entre vehículos del mismo modelo y con un kilometraje similar.
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. Aquí es donde interviene el proyecto AIR.
El análisis por rayos X complementa la diagnóstica clásica de baterías
La inspección por rayos X no debe reemplazar las pruebas eléctricas de las baterías. Más bien, las imágenes deben proporcionar información adicional sobre la integridad mecánica y, de este modo, formar parte de una evaluación más completa del estado y la seguridad. Esto podría ser relevante, por ejemplo, al decidir si una batería dañada debe someterse a más análisis, transportarse, almacenarse, reutilizarse o reciclarse.
Los socios del proyecto investigaron cómo podría funcionar esto, entre otros, en un VW ID.3. El vehículo chocó frontalmente a 79 km/h contra la parte trasera de un VW Tiguan estacionado en condiciones de laboratorio, según DEKRA. A pesar de las considerables deformaciones en la zona delantera, en las proyecciones de rayos X de la batería situada debajo del piso, según Fraunhofer, no se observaron anomalías estructurales que afectaran la seguridad.
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 los datos obtenidos, no se detectaron desviaciones críticas, superposiciones ni abultamientos.
No obstante, la autorización de la batería no se basó únicamente en estas imágenes. Como complemento, se utilizó una evaluación de riesgos según las directrices DEKRA, datos del registrador de datos del evento y del sistema de gestión de baterías, además de otras pruebas eléctricas. Sobre la base de esta evaluación integral, la batería de alto voltaje fue clasificada en el nivel de riesgo más bajo, 0 según EUCAR, y se autorizó su uso continuo.
En el caso de otra batería para colisiones con celdas redondas, el análisis arrojó un resultado diferente. En este caso, el software detectó una zona claramente deformada y celdas desplazadas con respecto a un punto de referencia. Aunque no se encontraron indicios de hinchazón en las celdas, debido a la deformación mecánica no se recomendó su uso posterior.
También se utiliza la tecnología de rayos X en otros contextos para el análisis de baterías. Por ejemplo, Fraunhofer EMI ha desarrollado un equipo de rayos X de alta velocidad que permite visualizar los procesos dinámicos dentro de las celdas de batería de gran tamaño durante pruebas de carga y seguridad. Se prevé instalar un equipo de este tipo en 2028 en PowerCo, la filial dedicada a baterías de Volkswagen, en Salzgitter.
En el enfoque AIR, además de los vehículos siniestrados, podrían resultar interesantes otros casos de uso. Fraunhofer IIS menciona, por ejemplo, las aplicaciones de Second Life como un posible ámbito de aplicación. El instituto también considera que esta tecnología es potencialmente relevante para los futuros conceptos de inspección en el marco de la revisión principal de los vehículos eléctricos. No obstante, Fraunhofer aún no ha anunciado planes concretos para su uso en el proceso regular de revisión. A largo plazo, 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.