Fraunhofer automatiza a análise por raios X de baterias de carros elétricos
O Fraunhofer IIS desenvolveu um software que analisa automaticamente imagens de raios X de baterias completas de carros elétricos em busca de anomalias mecânicas. O método desenvolvido no projeto de pesquisa AIR tem como objetivo complementar a diagnóstica tradicional de baterias, fornecendo informações adicionais especialmente em veículos envolvidos em acidentes e antes de uma possível reutilização.
O software de raios X identifica células redondas desalinhadas e delimita automaticamente as áreas deformadas.
Imagem: Fraunhofer IIS
O Centro de Desenvolvimento em Técnicas de Raio X do Fraunhofer IIS, em parceria com a Hochschule München, desenvolveu um método que permite inspecionar baterias de alta tensão inteiras sem precisar abrir a carcaça da bateria ou remover componentes individuais. O próprio sistema AIR (que significa Inspeção de Baterias de Propulsão por Meio de Técnicas de Raio X) não é algo novo: o Fraunhofer já havia apresentado essa técnica de inspeção em 2024 e a testou, entre outros locais, em mais de 100 carros elétricos particulares. O que é novo agora é uma biblioteca de software que analisa automaticamente as projeções de raio X em 2D geradas.
De acordo com o Fraunhofer IIS, o software consegue localizar automaticamente as células redondas, prismáticas e de tipo pouch nos tipos de baterias analisados até o momento. Em seguida, é possível identificar características geométricas suspeitas que podem indicar células deslocadas ou deformadas, bem como inchaços nas células.
O sistema de medição lembra uma máquina de lavagem: uma fonte de raios X posicionada acima do veículo irradia o veículo e a bateria subterrânea, enquanto um detector abaixo detecta a radiação. Dependendo da configuração de teste, apenas o conjunto da bateria pode ser examinado. O Instituto Fraunhofer havia indicado anteriormente que o escaneamento de um veículo completo levava cerca de dez minutos. A análise automatizada de um conjunto de baterias, apresentada agora, levou aproximadamente cinco minutos no ambiente de teste utilizado, segundo o instituto. No entanto, o tempo total do teste depende, entre outros fatores, do tamanho do conjunto, da configuração de medição e do número de projeções necessárias.
Para a avaliação de baterias de carros elétricos usadas, além da análise por raios X, já existem diversos métodos que determinam principalmente o estado elétrico e eletroquímico, ou seja, o State of Health (SoH). A relevância de uma inspeção individual foi demonstrada recentemente por uma análise da Aviloo: entre mais de 500.000 carros elétricos analisados, o SoH variou significativamente mesmo entre veículos do mesmo modelo e com quilometragem semelhante.
No entanto, o SoH não indica diretamente se as células e módulos dentro de um conjunto de baterias fechado estão mecanicamente intactos. Envelhecimento, vibrações ou acidentes podem causar deslocamentos e deformações. É exatamente nesse ponto que o projeto AIR atua.
A análise por raios X complementa a diagnóstico clássico de baterias
A inspeção por raios X não deve substituir os testes elétricos das baterias. Em vez disso, as imagens devem fornecer informações adicionais sobre a integridade mecânica, tornando-se assim parte de uma avaliação mais abrangente do estado e da segurança. Isso pode ser relevante, por exemplo, na decisão de se uma bateria danificada deve ser submetida a mais testes, transportada, armazenada, reutilizada ou descartada.
Para investigar como isso pode funcionar, os parceiros do projeto analisaram, entre outros veículos, um VW ID.3. O carro foi submetido pela DEKRA a condições de laboratório, colidindo frontalmente a 79 km/h com a traseira de um VW Tiguan parado. Apesar das consideráveis deformações na parte dianteira, as projeções de raio-X da bateria localizada sob o chassi não revelaram, segundo a Fraunhofer, nenhuma anomalia estrutural crítica para a segurança.
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 os relatórios, não foram observadas desvios críticos, sobreposições ou ondulações.
A liberação da bateria não se deu apenas com base nessas imagens. Foram utilizados, como complemento, uma avaliação de riscos segundo as diretrizes da DEKRA, dados do gravador de eventos e do sistema de gerenciamento da bateria, além de outros testes elétricos. Com base nessa avaliação geral, a bateria de alta tensão foi classificada no menor nível de risco EUCAR, o 0, e autorizada para uso contínuo.
Em outro caso de bateria de impacto com células redondas, a análise apresentou um resultado diferente. Nesse caso, o software identificou uma área significativamente deformada e células deslocadas em relação a um ponto de referência. Embora não tenham sido encontrados sinais de inchaço nas células, devido à deformação mecânica a utilização posterior da bateria não foi recomendada.
A tecnologia de raios X também é utilizada em outros contextos para a inspeção de baterias. Por exemplo, o Fraunhofer EMI desenvolveu um aparelho de raios X de alta velocidade que permite visualizar os processos dinâmicos dentro de células de bateria de grande porte durante testes de carga e segurança. Esse tipo de equipamento deve ser instalado em 2028 na subsidiária de baterias da Volkswagen, a PowerCo, em Salzgitter.
No contexto da abordagem AIR, além dos veículos envolvidos em acidentes, outros casos de uso podem se tornar interessantes. O Fraunhofer IIS menciona, por exemplo, aplicações de Second Life como possíveis áreas de aplicação. O instituto também considera essa tecnologia potencialmente relevante para futuros conceitos de inspeção no âmbito da inspeção principal de veículos elétricos. No entanto, o Fraunhofer ainda não apresentou planos concretos para seu uso no processo regular de inspeção. A longo prazo, espera-se que o sistema de TC “Giant Eye”, em desenvolvimento no centro de tecnologia de raios X em Fürth, permita análises tridimensionais de veículos elétricos inteiros.