Fraunhofer automatizza l’analisi ai raggi X delle batterie per veicoli elettrici

Il Fraunhofer IIS ha sviluppato un software in grado di esaminare automaticamente le immagini a raggi X delle batterie per veicoli elettrici complete alla ricerca di irregolarità meccaniche. Il metodo, sviluppato nel progetto di ricerca AIR, ha lo scopo di integrarsi con i metodi tradizionali di diagnosi delle batterie e fornire informazioni aggiuntive sui veicoli danneggiati in incidenti o prima di un eventuale riutilizzo.

Il software a raggi X rileva le celle rotonde spostate e delinea automaticamente le aree deformi.

Immagine: Fraunhofer IIS

In collaborazione con l’Università di Scienze Applicate di Monaco, il Centro per lo Sviluppo delle Tecnologie a Raggi X presso Fraunhofer IIS ha sviluppato un metodo che permette di effettuare radiografie su batterie ad alta tensione complete senza aprire il contenitore della batteria o rimuovere i singoli componenti. Il sistema AIR (AIR sta per *Antriebsbatterieinspektion mittels Röntgentechnik*, ovvero ispezione delle batterie di trazione tramite tecnologia a raggi X) non è nuovo: Fraunhofer presentò per la prima volta questa tecnologia di controllo nel 2024 e la testò su più di 100 auto elettriche private, tra le altre. Ciò che è nuovo, tuttavia, è una libreria software in grado di valutare automaticamente le proiezioni 2D generate dai raggi X.

L’impianto di misurazione assomiglia a un lavaggio auto: una sorgente a raggi X posizionata sopra il veicolo ne scansiona la struttura e la batteria posta sul pavimento, mentre un rilevatore situato al di sotto cattura i raggi emessi. A seconda dell’impianto di test, può essere esaminata soltanto la batteria. In precedenza Fraunhofer aveva indicato un tempo di misurazione di circa dieci minuti per la scansione di un veicolo completo. Nell’ambiente di test utilizzato, secondo l’istituto, la nuova valutazione automatizzata della batteria ha richiesto circa cinque minuti. Tuttavia, il tempo totale di test dipende da fattori come le dimensioni della batteria, l’impianto di misurazione e il numero di proiezioni necessarie.

Oltre all’analisi ai raggi X, esistono già diversi metodi per valutare le batterie di veicoli elettrici usate, principalmente al fine di determinarne lo stato elettrochimico o lo State of Health (SoH). La rilevanza dei test individuali è stata recentemente dimostrata da una valutazione condotta da Aviloo: tra più di 500.000 veicoli elettrici esaminati, lo SoH variava notevolmente anche tra veicoli dello stesso modello e con chilometraggi simili.

Tuttavia, lo SoH non indica direttamente se le cellule e i moduli all’interno di un pacco batteria chiuso siano meccanicamente intatti. Invecchiamento, vibrazioni o incidenti possono causare variazioni e deformazioni. È proprio in questo contesto che entra in gioco il progetto AIR.

L’analisi ai raggi X completa la diagnosi tradizionale delle batterie

L’ispezione ai raggi X non ha lo scopo di sostituire i test sulle batterie elettriche. Piuttosto, le immagini servono a fornire informazioni aggiuntive sull’integrità meccanica, diventando così parte di una valutazione più completa dello stato e della sicurezza. Ciò può rivelarsi utile, ad esempio, per decidere se una batteria danneggiata in un incidente debba essere sottoposta a ulteriori controlli, trasportata, conservata, riutilizzata o riciclata.

Per dimostrare come questo possa funzionare, il progetto ha esaminato, tra le altre cose, un VW ID.3. Il veicolo è stato fatto avanzare a 79 km/h contro la parte posteriore di un VW Tiguan fermo, in condizioni di laboratorio presso DEKRA. Nonostante significative deformazioni nella zona anteriore, Fraunhofer ha riferito che non sono state rilevate irregolarità strutturali critiche per la sicurezza nelle proiezioni a raggi X dell’alimentatore posizionato sul pavimento, analizzate nel corso dello studio.

Il software ha individuato automaticamente le celle presenti nei nove moduli della batteria e ha confrontato, tra le altre cose, la curvatura dei bordi delle celle selezionate. Secondo l’istituto, non sono state riscontrate deviazioni critiche, sovrapposizioni o protuberanze.

Tuttavia, la batteria non è stata autorizzata per un ulteriore utilizzo basandosi esclusivamente su queste immagini. Le valutazioni aggiuntive hanno incluso una valutazione dei rischi secondo le linee guida DEKRA, i dati provenienti dal registratore di eventi e dal sistema di gestione della batteria, nonché ulteriori test elettrici. Sulla base di questa valutazione approfondita, la batteria ad alta tensione è stata classificata nel livello di rischio più basso EUCAR 0 e autorizzata per un ulteriore utilizzo.

In un’altra batteria danneggiata in seguito a un incidente con cellule cilindriche, l’analisi ha prodotto un risultato diverso. In questo caso, il software ha rilevato un’area significativamente deformata e cellule spostate rispetto a una referenza. Non essendo stati trovati segni di gonfiore delle cellule, la batteria non è comunque stata raccomandata per un ulteriore utilizzo a causa della deformazione meccanica.

La tecnologia a raggi X viene utilizzata anche altrove per esaminare le batterie. Ad esempio, Fraunhofer EMI ha sviluppato un sistema a raggi X ad alta velocità in grado di visualizzare i processi dinamici all’interno delle singole celle batterie di grandi dimensioni durante test di carico e di sicurezza. Un sistema del genere è previsto per essere installato presso la filiale di batterie di Volkswagen, PowerCo, a Salzgitter nel 2028.

Nel frattempo, l’approccio AIR potrebbe rivelarsi utile per ulteriori casi d’uso oltre ai veicoli coinvolti in incidenti. Fraunhofer IIS indica le applicazioni legate a un secondo ciclo di vita come ambito potenziale di utilizzo. L’istituto ritiene inoltre che questa tecnologia possa essere rilevante per futuri concetti di ispezione nel contesto dell’ispezione tecnica periodica (HU) dei veicoli elettrici. Tuttavia, Fraunhofer non ha ancora annunciato piani concreti per il suo utilizzo nel processo di HU ordinario. In futuro, si prevede che il sistema CT “Giant Eye”, in fase di implementazione presso il Centro per lo Sviluppo della Tecnologia a Raggi X a Fürth, consenta analisi tridimensionali di interi veicoli elettrici.