Fraunhofer automatise l’analyse par rayons X des batteries de véhicules électriques

Le Fraunhofer IIS a développé un logiciel qui examine automatiquement les images en rayons X de batteries électriques complètes afin de détecter d’éventuelles irrégularités mécaniques. Cette méthode, élaborée dans le cadre du projet de recherche AIR, vise à compléter les diagnostics classiques des batteries et à fournir des informations supplémentaires pour les véhicules endommagés dans un accident ou avant une utilisation ultérieure.

Le logiciel à rayons X détecte les cellules rondes déplacées et identifie automatiquement les zones déformées.

Image : Fraunhofer IIS

En collaboration avec l’Université des sciences appliquées de Munich, le Centre de développement des technologies d’imagerie par rayons X du Fraunhofer IIS a mis au point une méthode permettant d’imager des batteries haute tension complètes sans ouvrir leur boîtier ni en retirer les composants individuels. Le système AIR (AIR signifie *Antriebsbatterieinspektion mittels Röntgentechnik*, c’est-à-dire inspection des batteries de traction à l’aide de la technologie des rayons X) n’est pas nouveau : le Fraunhofer a présenté cette technologie d’essai pour la première fois en 2024 et l’a testée sur plus de 100 voitures électriques privées, entre autres. Ce qui est nouveau, en revanche, c’est une bibliothèque logicielle capable d’évaluer automatiquement les projections 2D générées par les rayons X.

Le dispositif de mesure ressemble à un lavage de voitures : une source d’ondes X située au-dessus du véhicule en scanne l’intégralité ainsi que la batterie située sous le plancher, tandis qu’un détecteur en dessous capte les rayonnements. Selon la configuration du test, seule la batterie peut également être examinée. Fraunhofer avait précédemment indiqué qu’un temps de mesure d’environ dix minutes était nécessaire pour scanner un véhicule complet. Dans l’environnement de test utilisé, l’évaluation automatisée d’une batterie présentée récemment a duré environ cinq minutes, selon l’institut. Cependant, le temps total de test dépend de facteurs tels que la taille de la batterie, la configuration du dispositif de mesure et le nombre de projections nécessaires.

En plus de l’analyse par rayons X, il existe déjà diverses méthodes pour évaluer les batteries de véhicules électriques usagées, principalement afin de déterminer leur état électrique et électrochimique ou leur état de santé (SoH). La pertinence des tests individuels a été démontrée récemment par une étude menée par Aviloo : parmi plus de 500 000 véhicules électriques examinés, l’état de santé variait considérablement même entre des véhicules du même modèle et ayant un kilométrage comparable.

Cependant, l’état de santé ne indique pas directement si les cellules et les modules à l’intérieur d’un pack batterie fermé sont mécaniquement intacts. Le vieillissement, les vibrations ou des accidents peuvent provoquer des déformations. C’est précisément là que le projet AIR entre en jeu.

L’analyse par rayons X complète la diagnostic classique des batteries

L’inspection par rayons X n’a pas pour but de remplacer les tests des batteries électriques. En réalité, ces images visent à fournir des informations supplémentaires sur l’intégrité mécanique, devenant ainsi partie intégrante d’une évaluation plus complète de l’état et de la sécurité. Cela peut être utile, par exemple, pour décider si une batterie endommagée dans un accident doit faire l’objet d’une inspection supplémentaire, être transportée, stockée, réutilisée ou recyclée.

Afin de démontrer comment cela peut fonctionner, le projet a examiné, entre autres, un VW ID.3. Le véhicule a été conduit à 79 km/h vers l’arrière d’un VW Tiguan immobile dans des conditions de laboratoire au DEKRA. Malgré des déformations importantes dans la zone avant, Fraunhofer a indiqué qu’aucune irrégularité structurelle critique pour la sécurité n’a été détectée dans les projections par rayons X de la batterie située sous le plancher.

Le logiciel a localisé automatiquement les cellules de type pouch dans les neuf modules batterie et a comparé, entre autres, la courbure des bords des cellules sélectionnées. Selon l’institut, aucune déviation critique, chevauchement ou protubérance n’a été constaté.

Cependant, la batterie n’a pas été autorisée à être utilisée à nouveau sur la seule base de ces images. D’autres évaluations ont inclus une analyse des risques conformément aux directives DEKRA, des données provenant du enregistreur de données d’accident et du système de gestion de la batterie, ainsi que des tests électriques supplémentaires. Sur la base de cette évaluation approfondie, la batterie haute tension a été classée au niveau de risque le plus bas, soit 0 selon la norme EUCAR, et a été approuvée pour une utilisation ultérieure.

Dans une autre batterie endommagée par un accident et composée de cellules cylindriques, l’analyse a donné un résultat différent. Ici, le logiciel a détecté une zone fortement déformée ainsi que des cellules déplacées par rapport à un référentiel. Bien qu’aucun signe de gonflement des cellules n’ait été constaté, la batterie n’a malgré tout pas été recommandée pour une utilisation ultérieure en raison de cette déformation mécanique.

La technologie aux rayons X est également utilisée ailleurs pour examiner les batteries. Par exemple, Fraunhofer EMI a développé un système aux rayons X à haute vitesse capable de visualiser les processus dynamiques au sein des cellules de batteries de grand format lors des tests de charge et de sécurité. Un tel système devrait être installé en 2028 chez PowerCo, la filiale de batteries de Volkswagen à Salzgitter.

Pendant ce temps, l’approche AIR pourrait être pertinente pour d’autres cas d’usage en dehors des véhicules accidentés. Fraunhofer IIS cite les applications liées à une seconde vie comme un domaine d’utilisation potentiel. L’institut considère également que cette technologie pourrait être utile pour les futurs concepts d’inspection dans le cadre de l’inspection technique périodique (HU) des véhicules électriques. Cependant, Fraunhofer n’a pas encore annoncé de plans concrets pour son utilisation dans le processus d’HU habituel. À l’avenir, le système de TDM « Giant Eye » prévu au Centre de développement des technologies aux rayons X à Fürth devrait également permettre des analyses tridimensionnelles de véhicules électriques complets.