Fraunhofer automatyzuje analizę rentgenowską baterii w pojazdach elektrycznych

Fraunhofer IIS opracował oprogramowanie, które automatycznie analizuje zdjęcia rentgenowskie kompletnych baterii samochodów elektrycznych w celu wykrycia nieprawidłowości mechanicznych. Metoda ta, stworzona w ramach projektu badawczego AIR, ma uzupełniać klasyczną diagnostykę baterii oraz dostarczać dodatkowych informacji na temat pojazdów uszkodzonych w wypadkach oraz przed potencjalnym ponownym użyciem.

Oprogramowanie do analizy rentgenowskiej wykrywa przesunięte okrągłe ogniwa i automatycznie zaznacza obszary zdeformowane.

Zdjęcie: Fraunhofer IIS

We współpracy z Uniwersytetem Przykładowym w Monachium, Centrum Rozwoju Technologii Rentgenowskich przy Fraunhofer IIS opracowało metodę umożliwiającą badanie rentgenowskie pełnych baterii wysokonapięciowych bez konieczności otwierania obudowy baterii lub usuwania poszczególnych komponentów. System AIR (AIR oznacza *Antriebsbatterieinspektion mittels Röntgentechnik*, czyli inspekcję baterii trakcyjnych przy użyciu technologii rentgenowskiej) nie jest nowością – Fraunhofer po raz pierwszy przedstawił tę technologię badawczą w 2024 roku i przetestował ją m.in. na ponad 100 prywatnych samochodach elektrycznych. Nowością jest jednak biblioteka oprogramowania, która automatycznie analizuje generowane 2D projekcje rentgenowskie.

Zgodnie z Fraunhofer IIS, oprogramowanie może automatycznie wykrywać komórki cylindryczne, pryzmatyczne oraz typu pouch w badanych dotychczas typach baterii. Następnie potrafi identyfikować nieprawidłowości geometryczne, które mogą wskazywać na przesunięte lub zdeformowane komórki, a także ich obrzęk.

Układ pomiarowy przypomina myjnię samochodową: źródło promieni X umieszczone nad pojazdem skanuje samochód oraz akumulator znajdujący się pod podłogą, natomiast detektor poniżej rejestruje promieniowanie. W zależności od ustawień testowych można sprawdzić również wyłącznie pakiet akumulatorów. Fraunhofer wcześniej podał, że skanowanie całego pojazdu trwa około dziesięciu minut. Według instytutu, w używanym środowisku testowym nowo przedstawiona automatyczna ocena pakietu akumulatorów zajęła około pięciu minut. Jednak całkowity czas testowania zależy od takich czynników jak rozmiar pakietu, ustawienia pomiarowe oraz liczba potrzebnych projekcji.

Oprócz analizy rentgenowskiej istnieją już różne metody oceny zużytych baterii samochodów elektrycznych, głównie w celu określenia ich stanu elektrycznego i elektrochemicznego lub poziomu zdrowia (SoH). Znaczenie indywidualnych badań zostało niedawno udowodnione w ocenie przeprowadzonej przez Aviloo: wśród ponad 500 000 sprawdzonych samochodów elektrycznych poziom SoH znacznie się różnił nawet pomiędzy pojazdami tego samego modelu o porównywalnej odległości przebytej.

Jednak poziom SoH nie wskazuje bezpośrednio, czy komórki i moduły w zamkniętym pakiecie baterii są mechanicznie nienaruszone. Starzenie się, wibracje lub wypadki mogą powodować zmiany i deformacje. Właśnie tu wchodzi w grę projekt AIR.

Analiza rentgenowska uzupełnia klasyczną diagnostykę baterii

Inspekcja rentgenowska nie ma na celu zastąpienia testów baterii elektrycznych. Raczej obrazy te służą do dostarczenia dodatkowych informacji na temat integralności mechanicznej, stając się w ten sposób częścią bardziej kompleksowej oceny stanu i bezpieczeństwa. Może to być istotne na przykład przy decydowaniu, czy bateria uszkodzona w wyniku wypadku powinna zostać dalej zbadana, przetransportowana, przechowywana, ponownie wykorzystana czy zrecyklingowana.

Aby pokazać, jak to może działać, projekt badał m.in. samochód VW ID.3. Pojazd został popchnięty do przodu z prędkością 79 km/h na tył stojącego VW Tiguan w warunkach laboratoryjnych w DEKRA. Pomimo znacznych deformacji w przedniej części, Fraunhofer poinformował, że w przeprowadzonych projekcjach rentgenowskich baterii umieszczonej pod podłogą nie stwierdzono żadnych istotnych dla bezpieczeństwa nieprawidłowości konstrukcyjnych.

Oprogramowanie automatycznie zlokalizowało ogniwa typu pouch w dziewięciu modułach baterii i porównało m.in. krzywiznę krawędzi wybranych ogniw. Według instytutu nie stwierdzono żadnych krytycznych odchyleń, nakładania się elementów ani wypukłości.

Jednak bateria nie została zatwierdzona do dalszego użytku na podstawie samych tych zdjęć. Dodatkowe oceny obejmowały analizę zagrożeń zgodnie z wytycznymi DEKRA, dane z rejestratora zdarzeń oraz systemu zarządzania baterią, a także dalsze testy elektryczne. Na podstawie tej kompleksowej oceny bateria wysokonapięciowa została zaklasyfikowana na najniższym poziomie zagrożenia EUCAR 0 i zatwierdzona do dalszego użytku.

W przypadku innej baterii uszkodzonej w wypadku z cylindrycznymi ogniwami analiza dała inny wynik. W tym przypadku oprogramowanie wykryło znacznie zdeformowaną obszar oraz ogniwa, które uległy przesunięciu w porównaniu z punktem odniesienia. Chociaż nie stwierdzono oznak puchnięcia ogniw, bateria nadal nie była zalecana do dalszego użytku ze względu na deformację mechaniczną.

Technologia rentgenowska jest również wykorzystywana w innych celach do badania baterii. Na przykład Fraunhofer EMI opracował szybki system rentgenowski, który umożliwia obserwację dynamicznych procesów zachodzących w poszczególnych komórkach baterii dużego formatu podczas testów obciążeniowych i bezpieczeństwa. Taki system ma zostać zainstalowany w 2028 roku w spółce PowerCo należącej do Volkswagena i zajmującej się bateriami, w Salzgitter.

Tymczasem podejście AIR może okazać się przydatne w innych przypadkach zastosowania poza pojazdami poszkodowanymi w wypadkach. Fraunhofer IIS wskazuje na zastosowania w drugim życiowym cyklu pojazdów jako potencjalną dziedzinę wykorzystania tej technologii. Instytut uważa również, że może ona być przydatna w przyszłych koncepcjach inspekcji w kontekście okresowej kontroli technicznej pojazdów elektrycznych. Jednak Fraunhofer nie ogłosił jeszcze żadnych konkretnych planów dotyczących wykorzystania tej technologii w standardowym procesie kontroli technicznej. W przyszłości planowany system CT „Giant Eye” w Centrum Rozwoju Technologii Rentgenowskich w Fürth ma również umożliwić trójwymiarową analizę całych pojazdów elektrycznych.