Fraunhofer IIS automatyzuje analizę rentgenowską baterii samochodów elektrycznych
Zdjęcie: Dekra
Institut Fraunhofer IIS dla Zintegrowanych Układów opracował w ramach projektu AIR (Inspekcja baterii napędowych za pomocą techniki rentgenowskiej) bibliotekę oprogramowania do automatycznego analizowania 2D-projekcji rentgenowskich baterii samochodowych. Metoda ta, stworzona we współpracy z Centrum Rozwoju Techniki Rentgenowskiej oraz Uniwersytetem w Monachium, ma na celu ocenę integralności mechanicznej zużytych lub uszkodzonych baterii wysokiego napięcia bez konieczności otwierania obudowy baterii czy demontażu jej komponentów.
W dotychczas badanych wariantach baterii system automatycznie lokalizuje komórki okrągłe, pryzmatyczne oraz typu pouch i wykrywa cechy geometryczne, które mogą wskazywać na przesunięcia, deformacje lub obrzęki komórek.
Używane baterie napędowe o wystarczającej pozostałej pojemności i odpowiednim stanie bezpieczeństwa mogą być nadal wykorzystywane w stacjonarnych aplikacjach typu second life, na przykład jako zasoby magazynowania energii w domach, jako zasób tymczasowy lub do sieci energetycznej.
Oprócz stanu elektrycznego i elektrochemicznego, który zwykle ocenia się na podstawie stanu zdrowia (State of Health/SoH), istotna dla ponownego użycia, transportu lub dalszej diagnostyki jest również integralność mechaniczna. Wyniki badań rentgenowskich systemu AIR dostarczają dodatkowych informacji na temat wewnętrznych geometrii oraz możliwych nieprawidłowości strukturalnych. Jednak według badaczy nie zastępują one ani badań elektrycznych, ani oceny bezpieczeństwa dostosowanej do konkretnego przypadku.
System AIR został zaprojektowany jako urządzenie do promieniowania, w którym w zależności od konfiguracji testowej przez tor promieniowania przeprowadzany jest pakiet baterii lub cały pojazd. Opracowana oprogramowanie automatycznie analizuje wtedy powstające 2D-projekcje rentgenowskie. W używanym środowisku testowym analiza pakietu baterii trwała około pięciu minut, przy czym rzeczywisty czas całkowitego testu zależy między innymi od rozmiaru baterii, konfiguracji testowej oraz liczby projekcji.
Przypadek badawczy: VW ID.3 po zderzeniu czołowym
Wydajność systemu AIR została zbadana w studium przypadku na pojazdzie VW ID.3. Ten kompaktowy samochód elektryczny został wcześniej w laboratoriach DEKRA poddany zderzeniu czołowemu. Podczas tego testu ID.3 uderzył z prędkością 79 km/h w tył stojącego VW Tiguan. Mimo poważnych uszkodzeń deformacyjnych w przedniej części pojazdu, badanie rentgenowskie baterii wysokiego napięcia zainstalowanej w podłodze nie wykazało żadnych istotnych strukturalnych problemów z punktu widzenia bezpieczeństwa, które można by dostrzec w przeanalizowanych projekcjach.
Analiza rentgenowska dziewięciu modułów baterii wykazała równomiernie ułożoną geometrię komórek. Granice komórek biegły równolegle w badanych projekcjach rentgenowskich; nie stwierdzono żadnych nakładania się ani wypukłości. Oprogramowanie do analizy obrazów automatycznie zlokalizowało komórki typu pouch i porównało krzywiznę wybranych krawędzi komórek. Nie odnotowano żadnych krytycznych odchyleń wskazujących na uszkodzenia strukturalne.
Badanie rentgenowskie uzupełniono oceną zagrożeń zgodnie z wytycznymi DEKRA, analizą danych tzw. rejestratora danych zdarzeń, odczytem systemu zarządzania baterią oraz dodatkowymi testami elektrycznymi. Na podstawie ogólnej oceny bateria wysokonapięciowa w tym konkretnym przypadku została zaklasyfikowana na najniższy poziom zagrożenia EUCAR 0 i otrzymała zgodę na dalsze użycie.
Komórki okrągłe: automatyczne wykrywanie silnie zdeformowanej baterii
Procedura ta została przetestowana po wypadku również w przypadku baterii trakcyjnej z cylindrycznymi komórkami okrągłymi. System AIR przeanalizował rentgenowski widok z góry pakietu baterii i automatycznie określił pozycje poszczególnych komórek. Analiza wykazała obszar silnie zdeformowany pod wpływem obciążenia mechanicznego. W porównaniu z referentem komórki były wyraźnie przesunięte. Automatyczna analiza pozycji zarejestrowała odchylenia i wyznaczyła dotknięty obszar. W badanych projekcjach rentgenowskich nie zaobserwowano oznak obrzęku komórek.
„Mimo braku oznak obrzęku, dalsze wykorzystanie tej baterii trakcyjnej ze względu na wyraźnie widoczną deformację mechaniczną nie jest zalecane”, wyjaśniają eksperci. „Ten wynik pokazuje, że analiza rentgenowska może automatycznie identyfikować uszkodzone obszary, co pomaga w podejmowaniu decyzji dotyczących dalszej diagnostyki, bezpiecznego przechowywania, transportu lub utylizacji.”
Zgodnie z opiniami badaczy, wyniki projektu AIR mogą przyczynić się do bardziej precyzyjnej oceny używanych baterii samochodowych pod kątem zastosowań w drugim życiu pojazdów oraz wspierać postępowanie w przypadku uszkodzonych pojazdów i baterii podczas transportu, przechowywania lub dalszej diagnostyki. Technologia ta może być również istotna dla przyszłych koncepcji testowych w kontekście rutynowej inspekcji pojazdów elektrycznych. W perspektywie planowany system Giant-Eye-CT w Centrum Rozwoju Technologii Rentgenowskich Fraunhofer IIS w Fürth ma rozszerzyć możliwości trójwymiarowej analizy całych pojazdów elektrycznych.
Również interesujące
O autorze
Thomas Langenbucher jest ekspertem od mobilności elektrycznej, który pracował w przemyśle motoryzacyjnym oraz sektorze finansowym. Od 2011 roku publikuje na stronie ecomento.de artykuły o samochodach elektrycznych, zrównoważonych technologiach i rozwiązaniach mobilnościowych. Dowiedz się więcej.
Interakcje czytelników