Fraunhofer automatyzuje analizę rentgenowską baterii samochodów elektrycznych

Fraunhofer IIS opracował oprogramowanie, które automatycznie bada zdjęcia rentgenowskie pełnych baterii samochodów elektrycznych pod kątem mechanicznych nieprawidłowości. Metoda opracowana w ramach projektu badawczego AIR ma uzupełnić tradycyjną diagnostykę baterii i dostarczać dodatkowych informacji, szczególnie w przypadku pojazdów po wypadkach oraz przed możliwym ponownym użyciem.

Oprogramowanie rentgenowskie rozpoznaje przesunięte okrągłe ogniwa i automatycznie wyodrębnia zdeformowane obszary.

Zdjęcie: Fraunhofer IIS

Centrum rozwoju techniki rentgenowskiej Fraunhofer IIS we współpracy z Hochschule München opracowało metodę, za pomocą której można sprawdzać całe baterie wysokonapięciowe bez konieczności otwierania obudowy baterii lub demontowania poszczególnych komponentów. Sam system AIR (AIR oznacza Inspekcję baterii napędowych za pomocą techniki rentgenowskiej) nie jest nowością – Fraunhofer przedstawił tę technologię już w 2024 roku i przetestował ją m.in. na ponad 100 prywatnych samochodach elektrycznych. Nowością jest natomiast biblioteka oprogramowania, która automatycznie analizuje generowane 2D-projekcje rentgenowskie.

Zgodnie z informacjami Fraunhofer IIS oprogramowanie może automatycznie lokalizować w dotychczas badanych typach baterii – komórkach okrągłych, pryzmatycznych oraz typu pouch – poszczególne elementy. Następnie można rejestrować cechy geometryczne, które mogą wskazywać na przesunięte lub zdeformowane komórki oraz ich obrzęki.

Układ pomiarowy przypomina urządzenie do mycia: Źródło rentgenowskie umieszczone nad pojazdem promieniuje na sam pojazd oraz akumulator znajdujący się pod nim, podczas gdy detektor poniżej rejestruje to promieniowanie. W zależności od konfiguracji testowej można badać również tylko pakiet akumulatorów. Instytut Fraunhofer wcześniej podał, że skanowanie całego pojazdu zajmuje około dziesięciu minut. Automatyczna analiza pakietu akumulatorów, przedstawiona teraz, trwała w użytej środowisku testowym według informacji instytutu około pięciu minut. Całkowity czas testowania zależy jednak między innymi od rozmiaru pakietu, układu pomiarowego oraz liczby potrzebnych projekcji.

W celu oceny używanych baterii do samochodów elektrycznych oprócz analizy rentgenowskiej istnieją już różne metody, które przede wszystkim określają stan elektryczny i elektrochemiczny, czyli State of Health (SoH). Jak ważna jest indywidualna kontrola, pokazała ostatnio na przykład analiza przeprowadzona przez Aviloo: wśród ponad 500 000 zbadanych samochodów elektrycznych wartość SoH różniła się znacznie nawet między pojazdami tego samego modelu o podobnej odległości przebytej.

SoH nie wskazuje jednak bezpośrednio, czy komórki i moduły wewnątrz zamkniętego pakietu baterii są mechanicznie nienaruszone. Starzenie się, wibracje lub wypadki mogą powodować przesunięcia i deformacje. Właśnie tu skupia się projekt AIR.

Analiza rentgenowska uzupełnia klasyczną diagnostykę baterii

Badanie rentgenowskie nie ma zastępować testów elektrycznych baterii. Zamiast tego zdjęcia mają dostarczyć 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 z wypadku powinna być dalej badana, transportowana, przechowywana, ponownie wykorzystywana czy utylizowana.

Aby zbadać, jak to może funkcjonować, partnerzy projektu analizowali m.in. samochód VW ID.3. Pojazd w warunkach laboratoryjnych w DEKRA uderzył z prędkością 79 km/h czołowo w tył stojącego VW Tiguan. Mimo znacznych deformacji w przedniej części, w przeanalizowanych projekcjach rentgenowskich baterii umieszczonej pod podłogą, według Fraunhofera, nie stwierdzono żadnych istotnych dla bezpieczeństwa problemów strukturalnych.

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

Zatwierdzenie baterii nie oparło się jednak wyłącznie na tych zdjęciach. Jako uzupełnienie użyto oceny ryzyka zgodnie z wytycznymi DEKRA, danych z rejestratora danych zdarzeń oraz systemu zarządzania baterią, a także dodatkowych badań elektrycznych. Na podstawie tej kompleksowej oceny bateria wysokonapięciowa została zaklasyfikowana na najniższy poziom ryzyka EUCAR 0 i otrzymała zgodę na dalsze użycie.

W przypadku innej baterii do zderzeń z ogniwami okrągłymi analiza dała inne wyniki. W tym przypadku oprogramowanie wykryło znacznie zdeformowaną strefę oraz ogniwa przesunięte w stosunku do punktu odniesienia. Chociaż nie stwierdzono oznak puchnięcia ogniw, ze względu na deformację mechaniczną dalsze użycie baterii nie zostało zalecane.

Technika rentgenowska jest również wykorzystywana w innych celach do badania baterii. Na przykład Fraunhofer EMI opracował urządzenie rentgenowskie o dużej prędkości, które umożliwia obserwację dynamicznych procesów zachodzących w poszczególnych dużych komórkach baterii podczas testów obciążeniowych i bezpieczeństwa. Takie urządzenie ma zostać zainstalowane w 2028 roku w firmie PowerCo, spółce zależnej Volkswagena zajmującej się bateriami, w Salzgitter.

W ramach podejścia AIR mogą okazać się interesujące inne przypadki zastosowania obok pojazdów po wypadkach. Fraunhofer IIS wymienia na przykład aplikacje typu Second Life jako możliwe obszary zastosowania. Instytut uważa tę technologię również za potencjalnie istotną dla przyszłych koncepcji badawczych w kontekście rutynowych badań technicznych pojazdów elektrycznych. Fraunhofer nie podaje jednak jeszcze konkretnych planów jej wykorzystania w standardowym procesie badań technicznych. W perspektywie planowane system CT „Giant Eye” w centrum rozwoju technologii rentgenowskich w Fürth ma umożliwić trójwymiarową analizę całych pojazdów elektrycznych.