Fraunhofer automatiza a análise por raios X de baterias de veículos elétricos

O Fraunhofer IIS desenvolveu um software que analisa automaticamente imagens de raios X de baterias completas de veículos elétricos em busca de irregularidades mecânicas. O método, criado no projeto de pesquisa AIR, tem como objetivo complementar os diagnósticos clássicos de baterias e fornecer informações adicionais para veículos danificados em acidentes, bem como antes de seu possível uso em segunda vida.

O software de raios X detecta células redondas deslocadas e delimita automaticamente as áreas deformadas.

Imagem: Fraunhofer IIS

Em colaboração com a Universidade Técnica de Munique, o Centro de Desenvolvimento de Tecnologia de Raio X do Fraunhofer IIS desenvolveu um método que permite realizar exames por raio X em baterias de alta tensão completas sem abrir a carcaça da bateria ou remover componentes individuais. O sistema AIR (AIR significa *Antriebsbatterieinspektion mittels Röntgentechnik*, ou inspeção de baterias de tração usando tecnologia de raio X) não é algo novo: o Fraunhofer apresentou pela primeira vez essa tecnologia de teste em 2024 e a testou em mais de 100 carros elétricos particulares, entre outros. O que é novo, no entanto, é uma biblioteca de software que avalia automaticamente as projeções 2D geradas pelos raio X.

De acordo com o Fraunhofer IIS, o software consegue localizar automaticamente células cilíndricas, prismáticas e em formato de bolsa nos tipos de baterias analisados até o momento. Em seguida, ele é capaz de detectar irregularidades geométricas, que podem indicar células deslocadas ou deformadas, bem como inchaço das células.

A configuração de medição assemelha-se a uma lavagem de carros: uma fonte de raios X posicionada acima do veículo escaneia o automóvel e a bateria localizada no chão, enquanto um detector abaixo capta a radiação. Dependendo da configuração do teste, apenas o conjunto de baterias também pode ser examinado. A Fraunhofer havia afirmado anteriormente que o tempo de medição para escanear um veículo completo era de cerca de dez minutos. No ambiente de teste utilizado, a avaliação automatizada recém-apresentada de um conjunto de baterias levou aproximadamente cinco minutos, segundo o instituto. No entanto, o tempo total de teste depende de fatores como o tamanho do conjunto de baterias, a configuração de medição e o número de projeções necessárias.

Além da análise por raios X, já existem vários métodos para avaliar baterias de VE usadas, principalmente para determinar seu estado elétrico e eletroquímico ou Estado de Saúde (SoH). A relevância dos testes individuais foi demonstrada recentemente por uma avaliação realizada pela Aviloo: entre mais de 500.000 VE examinados, o SoH variou significativamente mesmo entre veículos do mesmo modelo e com quilometragem comparável.

No entanto, o SoH não indica diretamente se as células e módulos dentro de um conjunto de baterias fechado estão mecanicamente intactos. O envelhecimento, vibrações ou acidentes podem causar desvios e deformações. É exatamente aí que entra o projeto AIR.

A análise por raios X complementa os diagnósticos clássicos de baterias

A inspeção por raios X não tem como objetivo substituir os testes de baterias elétricas. Em vez disso, as imagens servem para fornecer informações adicionais sobre a integridade mecânica, tornando-se assim parte de uma avaliação mais abrangente das condições e da segurança. Isso pode ser relevante, por exemplo, para decidir se uma bateria danificada em um acidente deve ser submetida a mais exames, transportada, armazenada, reutilizada ou reciclada.

Para demonstrar como isso pode funcionar, o projeto analisou um VW ID.3, entre outros veículos. O veículo foi conduzido a 79 km/h em direção à traseira de um VW Tiguan parado, em condições de laboratório na DEKRA. Apesar das deformações significativas na área frontal, a Fraunhofer informou que não foram detectadas irregularidades estruturais críticas para a segurança nas projeções de raio-X da bateria localizada no chão do veículo.

O software localizou automaticamente as células do tipo pouch nos nove módulos da bateria e comparou, entre outras coisas, a curvatura das bordas das células selecionadas. De acordo com o instituto, não foram encontrados desvios críticos, sobreposições ou protuberâncias.

No entanto, a bateria não foi liberada para uso posterior com base apenas nessas imagens. As avaliações adicionais incluíram uma análise de riscos de acordo com as diretrizes da DEKRA, dados do gravador de eventos e do sistema de gerenciamento de bateria, além de testes elétricos adicionais. Com base nessa avaliação abrangente, a bateria de alta tensão foi classificada no menor nível de risco EUCAR, 0, e aprovada para uso posterior.

Em outra bateria danificada em um acidente com células cilíndricas, a análise apresentou um resultado diferente. Nesse caso, o software detectou uma área significativamente deformada e células deslocadas em relação a um ponto de referência. Embora não tenham sido encontrados sinais de inchaço nas células, a bateria ainda não foi recomendada para uso posterior devido à deformação mecânica.

A tecnologia de raios X também é utilizada em outros contextos para examinar baterias. Por exemplo, a Fraunhofer EMI desenvolveu um sistema de raios X de alta velocidade capaz de visualizar processos dinâmicos dentro das células individuais de baterias de grande formato durante testes de carga e segurança. Esse sistema deve ser instalado na subsidiária de baterias da Volkswagen, a PowerCo, em Salzgitter, em 2028.

Enquanto isso, a abordagem AIR pode ser relevante para casos de uso adicionais além de veículos envolvidos em acidentes. O Fraunhofer IIS cita aplicações de segunda vida como uma área potencial de uso. O instituto também considera que a tecnologia pode ser relevante para futuros conceitos de inspeção no contexto da inspeção técnica periódica (HU) de veículos elétricos. No entanto, o Fraunhofer ainda não anunciou planos concretos para seu uso no processo regular de HU. No futuro, espera‑se que o sistema de TC “Giant Eye”, previsto para ser instalado no Centro de Desenvolvimento de Tecnologia de Raio X em Fürth, também permita análises tridimensionais de veículos elétricos completos.