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

Image : Dekra

L’Institut Fraunhofer pour les circuits intégrés IIS a développé, dans le cadre du projet AIR (inspection des batteries de propulsion par technologie aux rayons X), une bibliothèque logicielle permettant l’analyse automatisée des projections radiographiques en 2D des batteries de véhicules. Cette méthode, élaborée au centre de développement en technologie aux rayons X en collaboration avec l’Université de Munich, vise à évaluer l’intégrité mécanique des batteries haute tension usagées ou endommagées, sans avoir à ouvrir le boîtier de la batterie ni à démonter ses composants.

Dans les variantes de batteries examinées jusqu’à présent, le système localise automatiquement les cellules rondes, les cellules prismatiques et les cellules en poche, et détecte des anomalies géométriques pouvant indiquer des déplacements, des déformations ou des gonflements des cellules.

Les batteries de propulsion usagées, pourvu qu’elles disposent d’une capacité restante suffisante et d’un état de sécurité adéquat, peuvent être réutilisées dans des applications stationnaires de seconde vie, telles que des systèmes de stockage domestiques, intermédiaires ou réseau.

Outre l’état électrique et électrochimique, généralement évalué en fonction de l’état de santé (State of Health/SoH), l’intégrité mécanique est également importante pour une réutilisation, un transport ou d’autres diagnostics. Les résultats des radiographies du système AIR fournissent des informations supplémentaires sur les géométries internes et d’éventuelles anomalies structurelles. Cependant, selon les chercheurs, ils ne remplacent ni les tests électriques ni une évaluation de la sécurité adaptée à chaque cas particulier.

Le système AIR est conçu comme un appareil de radiographie par transmission, dans lequel, en fonction du montage d’essai, un pack de batteries ou un véhicule complet est fait passer à travers le faisceau de rayons. Le logiciel développé analyse automatiquement les projections radiographiques 2D générées lors de ce processus. Dans l’environnement d’essai utilisé, l’analyse d’un pack de batteries prenait environ cinq minutes, le temps total réel d’essai dépendant notamment de la taille des batteries, du montage d’essai et du nombre de projections.

Étude de cas : VW ID.3 après choc frontal

La performance du système AIR a été étudiée dans une étude de cas sur un VW ID.3. Ce véhicule électrique compact avait auparavant été soumis, dans des conditions de laboratoire, à un choc frontal par DEKRA. L’ID.3 s’est heurté à l’arrière d’un VW Tiguan immobile à une vitesse de 79 km/h. Malgré des dommages importants dus à la déformation dans la partie avant du véhicule, l’examen par rayons X de la batterie haute tension installée sous le châssis n’a révélé aucune anomalie structurelle critique pour la sécurité, visible dans les projections analysées.

L’analyse radiographique des neuf modules de batterie a révélé une géométrie des cellules uniformément disposée. Les limites des cellules suivaient une trajectoire parallèle dans les projections radiographiques examinées, et aucun chevauchement ni courbure n’a été détecté. Le logiciel d’analyse d’images a localisé automatiquement les cellules de type pouch et a comparé la courbure des bords de certaines d’entre elles. Aucune déviation critique indiquant des dommages structurels n’a été observée.

L’examen par rayons X a été complété par une évaluation des risques selon les directives DEKRA, l’analyse des données du dispositif d’enregistrement d’événements, la lecture du système de gestion de batterie ainsi que d’autres tests électriques. Sur la base de cette évaluation globale, la batterie haute tension a été classée au niveau de risque le plus bas, soit 0 selon la norme EUCAR, et autorisée à être utilisée davantage.

Célules rondes : détection automatisée de batteries fortement déformées

Même pour une batterie de traction composée de cellules rondes cylindriques, la méthode a été testée après un choc. Le système AIR a analysé une vue en plongée du pack de batteries par rayons X et a déterminé automatiquement les positions des différentes cellules. L’analyse a révélé une zone fortement déformée en raison de la charge mécanique. Par rapport à un référentiel, les cellules étaient visiblement déplacées. L’analyse automatique des positions a identifié ces écarts et délimité la zone concernée. Aucun signe de gonflement des cellules n’a été observé dans les projections par rayons X examinées.

« Malgré l’absence de signes d’enflure, il n’est pas recommandé d’utiliser à nouveau cette batterie de traction en raison de la déformation mécanique clairement visible », expliquent les experts. « Ce résultat montre que l’analyse par rayons X peut identifier automatiquement les zones endommagées, ce qui permet de faciliter les décisions concernant le diagnostic ultérieur, le stockage sécurisé, le transport ou la valorisation. »

D’après les chercheurs, les résultats du projet AIR peuvent aider à évaluer plus précisément les batteries de véhicules d’occasion pour des applications de seconde vie, ainsi qu’à faciliter la gestion des véhicules et des batteries endommagés lors du transport, du stockage ou du diagnostic ultérieur. Cette technologie pourrait également être utile pour de futurs concepts d’essai dans le cadre des contrôles réglementaires des véhicules électriques. À terme, le système de TDM Giant Eye prévu au centre de développement en radiologie du Fraunhofer IIS à Fürth devrait élargir les possibilités d’analyse tridimensionnelle de véhicules électriques complets.

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Au sujet de l’auteur

Thomas Langenbucher est un expert en mobilité électrique ayant travaillé dans l’industrie automobile et le secteur financier. Depuis 2011, il écrit sur ecomento.de à propos de voitures électriques, de technologies durables et de solutions de mobilité. En savoir plus.

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