Fraunhofer automatizza l’analisi radiografica delle batterie per auto elettriche
Il Fraunhofer IIS ha sviluppato un software in grado di esaminare automaticamente le immagini a raggi X di intere batterie per auto elettriche alla ricerca di anomalie meccaniche. Il metodo, creato nel progetto di ricerca AIR, mira a integrarsi con la diagnosi tradizionale delle batterie e a fornire informazioni aggiuntive, in particolare per veicoli coinvolti in incidenti o prima di un eventuale riutilizzo.
Il software a raggi X rileva le celle rotonde spostate e delimita automaticamente le aree deformi.
Immagine: Fraunhofer IIS
Il centro di sviluppo per la tecnologia a raggi X del Fraunhofer IIS, in collaborazione con l’Università di Monaco, ha sviluppato un metodo che permette di ispezionare intere batterie ad alta tensione senza dover aprire il contenitore della batteria o rimuovere singole componenti. Il sistema AIR (che sta per Antriebsbatterieinspektion mittels Röntgentechnik) in sé non è nuovo: il Fraunhofer aveva già presentato questa tecnologia di controllo nel 2024 e l’aveva testata, tra le altre cose, su più di 100 auto elettriche private. La novità è ora una libreria software in grado di analizzare automaticamente le proiezioni a raggi X 2D generate.
La struttura di misurazione ricorda un impianto di lavaggio: una sorgente a raggi X posizionata sopra il veicolo irradia il veicolo e la batteria sottostante, mentre un rilevatore situato al di sotto cattura i raggi. A seconda della configurazione di controllo, è possibile esaminare soltanto il pacco batterie. In precedenza, l’Istituto Fraunhofer aveva indicato un tempo di misurazione di circa dieci minuti per lo scanneraggio di un veicolo completo. Secondo le informazioni fornite dall’istituto, l’analisi automatizzata del pacco batterie presentata ora ha richiesto circa cinque minuti nell’ambiente di test utilizzato. Tuttavia, il tempo totale di controllo dipende, tra le altre cose, dalle dimensioni del pacco, dalla struttura di misurazione e dal numero di proiezioni necessarie.
Per la valutazione delle batterie di auto elettriche usate, oltre all’analisi radiografica esistono già diversi metodi che determinano principalmente lo stato elettrochimico elettrico, ovvero lo State of Health (SoH). L’importanza di un controllo individuale è stata evidenziata di recente da una analisi di Aviloo: su oltre 500.000 auto elettriche esaminate, 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 spostamenti e deformazioni. È proprio in questo ambito che interviene il progetto AIR.
L’analisi radiografica completa la diagnosi tradizionale delle batterie
La verifica con raggi X non deve sostituire i test elettrici delle batterie. Piuttosto, le immagini devono 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 debba essere ulteriormente analizzata, trasportata, immagazzinata, riutilizzata o smaltita.
I partner del progetto hanno esaminato come ciò possa funzionare, tra l’altro su un VW ID.3. Il veicolo è stato fatto collidere da DEKRA in condizioni di laboratorio a 79 km/h frontalmente con il retro di un VW Tiguan fermo. Nonostante significative deformazioni nella parte anteriore, nelle proiezioni radiografiche dell’alimentatore sottopavimento analizzate, secondo Fraunhofer, non sono state rilevate anomalie strutturali critiche per la sicurezza.
Il software ha localizzato automaticamente le cellule a sacchetto nei nove moduli della batteria e ha confrontato, tra le altre cose, la curvatura dei bordi delle cellule selezionate. Secondo quanto riportato, non sono emerse deviazioni critiche, sovrapposizioni o rilievi.
Tuttavia, l’approvazione della batteria non è avvenuta soltanto sulla base di queste immagini. Sono state inoltre utilizzate una valutazione dei rischi secondo le linee guida DEKRA, i dati del registratore di eventi e del sistema di gestione della batteria, nonché ulteriori verifiche elettriche. Sulla base di questa valutazione complessiva, la batteria ad alta tensione è stata classificata nel più basso livello di rischio EUCAR 0 e autorizzata per un ulteriore utilizzo.
Nel caso di un’altra batteria per crash dotata di cellule rotonde, l’analisi ha fornito un risultato diverso. In questo caso il software ha rilevato una zona notevolmente deformata e cellule spostate rispetto a un riferimento. Sebbene non siano state trovate tracce di gonfiore delle cellule, a causa della deformazione meccanica non è stata comunque raccomandata la prosecuzione del suo utilizzo.
Anche in altri contesti la tecnologia a raggi X viene utilizzata per l’ispezione delle batterie. Ad esempio, il Fraunhofer EMI ha sviluppato un impianto a raggi X ad alta velocità che permette di visualizzare i processi dinamici all’interno delle singole celle batterie di grandi dimensioni durante test di carico e di sicurezza. Un impianto del genere dovrebbe essere installato nel 2028 presso PowerCo, la filiale dedicata alle batterie di Volkswagen a Salzgitter.
Nell’ambito dell’approccio AIR, potrebbero diventare interessanti, oltre ai veicoli coinvolti in incidenti, anche altri casi d’uso. Il Fraunhofer IIS menziona ad esempio le applicazioni di tipo Second Life come ambito di utilizzo possibile. Anche per futuri concetti di controllo nell’ambito dell’ispezione principale dei veicoli elettrici, l’istituto ritiene che questa tecnologia sia potenzialmente rilevante. Tuttavia, il Fraunhofer non ha ancora annunciato piani concreti per il suo utilizzo nel processo di ispezione regolare. A lungo termine, inoltre, il sistema CT “Giant Eye” previsto presso il centro di sviluppo della tecnologia radiografica a Fürth dovrebbe consentire analisi tridimensionali di interi veicoli elettrici.