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

Le Fraunhofer IIS a développé un logiciel qui examine automatiquement les radiographies des batteries complètes de voitures électriques à la recherche d’anomalies mécaniques. La méthode développée dans le projet de recherche AIR vise à compléter la diagnostic traditionnelle des batteries et à fournir des informations supplémentaires, en particulier pour les véhicules accidentés ou avant une éventuelle réutilisation.

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

Image : Fraunhofer IIS

Le centre de développement en technologie aux rayons X du Fraunhofer IIS a développé, en collaboration avec l’Université de Munich, une méthode permettant d’inspecter des batteries haute tension complètes sans avoir à ouvrir leur boîtier ni à démonter leurs composants individuels. Le système AIR (pour Antriebsbatterieinspektion mittels Röntgentechnik) en lui-même n’est pas nouveau : le Fraunhofer avait déjà présenté cette technique d’inspection en 2024 et l’avait testée, entre autres, sur plus de 100 voitures électriques privées. Ce qui est nouveau, c’est une bibliothèque logicielle qui analyse automatiquement les projections radiographiques 2D générées.

D’après Fraunhofer IIS, le logiciel peut localiser de manière automatisée les cellules rondes, prismatiques et en poche parmi les types de batteries étudiés jusqu’à présent. Il est ensuite possible d’identifier des anomalies géométriques qui peuvent indiquer des cellules déplacées ou déformées, ainsi que des gonflements de celles-ci.

Le dispositif de mesure ressemble à un appareil de lavage : une source de rayons X située au-dessus du véhicule irradie le véhicule ainsi que la batterie située sous celui-ci, tandis qu’un détecteur en dessous capte les rayonnements. Selon la configuration de l’essai, seule la batterie peut également être examinée. L’institut Fraunhofer avait précédemment indiqué qu’un scan complet d’un véhicule nécessitait environ dix minutes. Selon les informations de l’institut, l’analyse automatisée d’une batterie présentée ici a duré environ cinq minutes dans l’environnement d’essai utilisé. Cependant, le temps total d’essai dépend notamment de la taille de la batterie, de la configuration du dispositif de mesure et du nombre de projections nécessaires.

Pour évaluer les batteries de voitures électriques d’occasion, il existe déjà, en plus de l’analyse par rayons X, diverses méthodes permettant notamment de déterminer l’état électrique et électrochimique, c’est-à-dire l’State of Health (SoH). La pertinence d’un contrôle individuel a été mise en évidence récemment par une étude menée par Aviloo : sur plus de 500 000 voitures électriques examinées, l’SoH variait parfois considérablement même entre des véhicules du même modèle et ayant un kilométrage similaire.

Cependant, l’SoH ne permet pas de déterminer 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 déplacements et des déformations. C’est précisément là que le projet AIR intervient.

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

Le contrôle par rayons X ne doit pas remplacer les tests électriques des batteries. En réalité, ces images doivent fournir des informations supplémentaires sur l’intégrité mécanique, devenant ainsi une partie d’une évaluation plus complète de l’état et de la sécurité. Cela peut être pertinent, par exemple, pour décider si une batterie endommagée doit faire l’objet d’une étude plus approfondie, être transportée, stockée, réutilisée ou recyclée.

Les partenaires du projet ont étudié la manière dont cela pouvait fonctionner, notamment sur un VW ID.3. Ce véhicule avait heurté de front à 79 km/h, dans des conditions de laboratoire, l’arrière d’un VW Tiguan immobile, selon DEKRA. Malgré des déformations importantes dans la partie avant, aucune anomalie structurelle critique pour la sécurité n’a été détectée dans les projections radiographiques de la batterie située sous le plancher, selon Fraunhofer.

Le logiciel a localisé automatiquement les cellules de type pouch dans les neuf modules de batterie et a comparé, entre autres, la courbure des bords de certaines cellules. Selon les informations fournies, aucune déviation critique, superposition ou renflement n’a été observée.

La validation de la batterie n’a cependant pas été basée uniquement sur ces images. Des évaluations des risques conformes aux directives DEKRA, des données provenant du enregistreur de données d’événement et du système de gestion de la batterie, ainsi que d’autres tests électriques ont également été pris en compte. Sur la base de cette évaluation globale, la batterie haute tension a été classée dans le niveau de risque le plus bas, 0 selon la norme EUCAR, et autorisée à être utilisée davantage.

Dans le cas d’une autre batterie de type crash utilisant des cellules rondes, l’analyse a donné un résultat différent. Ici, le logiciel a détecté une zone fortement déformée ainsi que des cellules déplacées par rapport à une référence. Bien qu’aucun signe de gonflement des cellules n’ait été constaté, la déformation mécanique a empêché de recommander son utilisation ultérieure.

La technologie aux rayons X est également utilisée ailleurs pour l’analyse des batteries. Ainsi, par exemple, le Fraunhofer EMI a développé un appareil à rayons X à haute vitesse qui permet de visualiser les processus dynamiques au sein de cellules de batterie de grande taille lors des tests de charge et de sécurité. Un tel appareil devrait être installé en 2028 chez PowerCo, filiale de Volkswagen spécialisée dans les batteries, à Salzgitter.

Au sein de l’approche AIR, d’autres cas d’usage pourraient devenir intéressants en plus des véhicules impliqués dans des accidents. Le Fraunhofer IIS cite par exemple les applications Second Life comme un domaine d’application possible. L’institut juge également cette technologie potentiellement pertinente pour les futurs concepts d’essai liés à l’inspection principale des véhicules électriques. Cependant, le Fraunhofer ne présente pas encore de plans concrets pour son utilisation dans le processus d’inspection habituel. À terme, le système CT « Giant Eye » prévu au centre de développement en radiologie de Fürth devrait permettre des analyses tridimensionnelles de véhicules électriques complets.