Fraunhofer IIS automatizza l’analisi radiografica delle batterie per auto elettriche
Foto: Dekra
L’Istituto Fraunhofer per i Circuiti Integrati IIS ha sviluppato, nell’ambito del progetto AIR (Ispezione delle batterie di propulsione tramite tecnologia a raggi X), una libreria software per l’analisi automatizzata delle proiezioni a raggi X 2D delle batterie dei veicoli. Il metodo, creato presso il centro di sviluppo per la tecnologia a raggi X in collaborazione con l’Università di Monaco, ha lo scopo di valutare l’integrità meccanica delle batterie ad alta tensione usate o danneggiate, senza dover aprire il contenitore della batteria né smontarne i componenti.
Nelle varianti di batterie esaminate finora, il sistema individua in modo automatico le cellule rotonde, quelle prismatiche e quelle di tipo pouch, rilevando eventuali anomalie geometriche che possono indicare spostamenti, deformazioni o ingrossamenti delle cellule.
Le batterie di alimentazione usate, qualora presentino una capacità residua sufficiente e uno stato di sicurezza adeguato, possono essere riutilizzate in applicazioni stazionarie di seconda vita, ad esempio come batterie di riserva per l’uso domestico, temporaneo o di rete.
Oltre allo stato elettrico ed elettrochimico, solitamente valutato in base allo stato di salute del dispositivo, anche l’integrità meccanica è importante per la riutilizzazione, il trasporto o ulteriori diagnosi. I risultati delle radiografie del sistema AIR forniscono informazioni aggiuntive sulle geometrie interne e su eventuali anomalie strutturali. Tuttavia, secondo i ricercatori, tali risultati non sostituiscono né i test elettrici né una valutazione della sicurezza specifica per ciascun caso.
Il sistema AIR è progettato come impianto a radiazione, in cui, a seconda della configurazione di controllo, viene fatto passare attraverso il fascio di radiazioni un pacco batterie o un veicolo intero. Il software sviluppato analizza automaticamente le proiezioni radiografiche 2D generate in questo processo. Nell’ambiente di test utilizzato, l’elaborazione di un pacco batterie richiedeva circa cinque minuti; il tempo totale effettivo di controllo dipende, tra le altre cose, dalle dimensioni della batteria, dalla configurazione di test e dal numero di proiezioni.
Caso studio: VW ID.3 dopo impatto frontale
L’efficienza del sistema AIR è stata studiata in uno studio di caso su un VW ID.3. Questo auto elettrica compatta era stata in precedenza sottoposta da DEKRA, in condizioni di laboratorio, a un impatto frontale. Durante l’esperimento, l’ID.3 si è scontrato a una velocità di 79 km/h con il retro di un VW Tiguan fermo. Nonostante gravi danni da deformazione nella parte anteriore del veicolo, l’esame radiografico della batteria ad alta tensione installata sul pavimento del veicolo non ha rivelato alcuna anomalia strutturale critica per la sicurezza, visibile nelle proiezioni analizzate.
L’analisi radiografica dei nove moduli batteria ha rivelato una geometria delle celle uniformemente disposta. I confini delle celle correvano parallelamente nelle proiezioni radiografiche esaminate; non sono state riscontrate sovrapposizioni o curvature. Il software di analisi delle immagini ha localizzato automaticamente le celle e confrontato la curvatura dei loro bordi; non sono emerse deviazioni critiche che potessero indicare danni strutturali.
L’esame radiografico è stato integrato da una valutazione dei rischi secondo le linee guida DEKRA, dall’analisi dei dati del cosiddetto Event Data Recorder, dalla lettura del sistema di gestione della batteria nonché da ulteriori verifiche elettriche. Sulla base di questa valutazione complessiva, la batteria ad alta tensione nel caso specifico è stata classificata al livello di rischio più basso, ovvero 0 secondo la scala EUCAR, e autorizzata per un ulteriore utilizzo.
Celle rotonde: rilevamento automatico di batterie notevolmente deformate
Anche in un caso di batteria per trazione dotata di celle rotonde cilindriche, il metodo è stato testato dopo un incidente. Il sistema AIR ha analizzato una proiezione radiografica dell’insieme delle batterie e ha determinato automaticamente le posizioni di ciascuna cella. L’analisi ha evidenziato una zona notevolmente deformata a causa della sollecitazione meccanica. Rispetto a un campione di riferimento, le cellule erano visibilmente spostate. L’analisi automatica delle posizioni ha rilevato le deviazioni e delimitato l’area interessata. Non sono state riscontrate tracce di gonfiore delle cellule nelle proiezioni radiografiche esaminate.
“Nonostante l’assenza di segni di gonfiore, non si raccomanda l’utilizzo continuo di questa batteria di trazione a causa della deformazione meccanica chiaramente visibile”, spiegano gli esperti. “Il risultato dimostra che l’analisi radiografica può identificare automaticamente le aree danneggiate, supportando così le decisioni riguardanti diagnosi successive, stoccaggio sicuro, trasporto o smaltimento.”
Secondo i ricercatori, i risultati del progetto AIR possono aiutare a valutare in modo più mirato le batterie di veicoli usati per applicazioni secondarie e a supportare la gestione dei veicoli e delle batterie danneggiate durante il trasporto, lo stoccaggio o la diagnosi successiva. La tecnologia potrebbe inoltre rivelarsi utile per futuri concetti di controllo nell’ambito dell’ispezione principale dei veicoli elettrici. A lungo termine, il sistema Giant-Eye-CT previsto presso il centro di sviluppo per la tecnologia a raggi X del Fraunhofer IIS a Fürth dovrebbe ampliare le possibilità di analisi tridimensionale di interi veicoli elettrici.
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Sull’autore
Thomas Langenbucher è un esperto di mobilità elettrica con esperienze professionali nell’industria automobilistica e nel settore finanziario. Dal 2011 scrive su ecomento.de di auto elettriche, tecnologie sostenibili e soluzioni per la mobilità. Scopri di più.
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