Fraunhofer автоматизирует рентгеновский анализ аккумуляторов электромобилей

Институт Fraunhofer IIS разработал программное обеспечение, которое автоматически анализирует рентгеновские снимки полных аккумуляторов электромобилей на наличие механических дефектов. Метод, созданный в рамках исследовательского проекта AIR, призван дополнить традиционную диагностику аккумуляторов и предоставить дополнительную информацию, особенно при аварийных автомобилях и перед возможным повторным использованием.

Программное обеспечение для рентгеновского анализа выявляет смещенные круглые элементы аккумулятора и автоматически обозначает деформированные участки.

Источник: Fraunhofer IIS

Центр разработки рентгеновских технологий Fraunhofer IIS совместно с Университетом Мюнхена разработал метод, позволяющий осматривать полные высоковольтные аккумуляторы без необходимости открывать корпус аккумулятора или демонтировать отдельные компоненты. Сама система AIR (AIR — сокращение от Antriebsbatterieinspektion mittels Röntgentechnik, то есть инспекция двигательных аккумуляторов с использованием рентгеновских технологий) не является чем-то новым: Fraunhofer уже представил эту технологию контроля в 2024 году и протестировал её, среди прочего, на более чем 100 частных электромобилях. Новым является программный пакет, который автоматически анализирует полученные 2D-рентгеновские проекции.

По данным Fraunhofer IIS, данное программное обеспечение может автоматически находить элементы в рассмотренных до сих пор типах аккумуляторов — круглых, призматических и типа pouch. Затем можно фиксировать геометрические аномалии, которые могут указывать на смещение или деформацию элементов, а также на их утолщение.

Устройство измерения напоминает мойку: рентгеновский источник, расположенный над автомобилем, облучает сам автомобиль и батарею, находящуюся под ним, в то время как детектор под ним фиксирует излучение. В зависимости от конфигурации проверки можно исследовать только батарейный блок. Ранее Институт Фраунхофер указывал, что сканирование всего автомобиля занимает примерно десять минут. По словам института, автоматизированная обработка батарейного блока в используемой среде тестирования заняла примерно пять минут. Однако общее время тестирования зависит, среди прочего, от размера батарейного блока, конфигурации устройства измерения и количества необходимых проекций.

Для оценки батарей электромобилей вторичного использования помимо рентгеновского анализа существуют уже различные методы, которые в первую очередь определяют электрическое и электрохимическое состояние, а также показатель State of Health (SoH). Насколько важна индивидуальная проверка, показало недавнее исследование Aviloo: среди более чем 500 000 проанализированных электромобилей показатель SoH даже у автомобилей одной модели с сопоставимым пробегом сильно различался.

Рентгеновский анализ дополняет традиционную диагностику батарей

Рентгеновское обследование не должно заменять тесты электрических аккумуляторов. Скорее, снимки должны предоставлять дополнительную информацию о механической целостности, тем самым становясь частью более полной оценки состояния и безопасности. Это может быть важно, например, при принятии решения о том, следует ли дальше исследовать, транспортировать, хранить, повторно использовать или утилизировать аварийный аккумулятор.

Партнеры по проекту исследовали, как это может работать, в частности на автомобиле VW ID.3. Этот автомобиль в лабораторных условиях компании DEKRA врезался со скоростью 79 км/ч лобовой частью в заднюю часть стоящего VW Tiguan. Несмотря на значительные деформации в передней части, согласно данным Fraunhofer, в проанализированных рентгеновских проекциях батареи, расположенной под полом, не было обнаружено никаких структурных нарушений, критичных с точки зрения безопасности.

Программное обеспечение автоматически локализовало ёмкости типа «пouch» в девяти модулях батареи и сравнило, среди прочего, изгиб отдельных краев ёмкостей. По их словам, при этом не было обнаружено никаких критичных отклонений, перекрытий или выступов.

Однако разрешение на использование аккумулятора было дано не только на основе этих изображений. Для дополнительной оценки были использованы результаты анализа рисков согласно руководящим принципам DEKRA, данные записывающего устройства событий и системы управления аккумулятором, а также дополнительные электрические тесты. На основе этой комплексной оценки высоковольтный аккумулятор был отнесён к самому низкому уровню риска EUCAR 0 и получил разрешение на дальнейшее использование.

При анализе другого аккумулятора с круглыми элементами питания был получен иной результат. В этом случае программа выявила значительно деформированную область и элементы, сместившиеся по отношению к эталону. Хотя признаков раздувания элементов не было обнаружено, из-за механической деформации дальнейшее использование аккумулятора не рекомендовалось.

Рентгеновская технология также применяется в других областях для исследования аккумуляторов. Например, институт Fraunhofer EMI разработал высокоскоростную рентгеновскую установку, с помощью которой можно наблюдать динамические процессы внутри отдельных крупногабаритных аккумуляторных элементов во время тестов на нагрузку и безопасность. Планируется, что такая установка будет установлена в 2028 году на предприятии PowerCo, дочерней компании Volkswagen по производству аккумуляторов, в Зальцгиттере.

В рамках подхода AIR могут стать интересными не только автомобили, попавшие в аварии, но и другие сценарии применения. Институт Fraunhofer IIS называет, в частности, приложения в сфере Second Life как возможную область использования. Институт считает эту технологию потенциально значимой также для будущих методов проверки в контексте главного технического осмотра электромобилей. Однако Fraunhofer пока не сообщает о конкретных планах её применения в процессе главного технического осмотра. В долгосрочной перспективе планируемая система КТ «Giant Eye» в центре разработки рентгеновских технологий в Фюрте должна обеспечить возможность трехмерного анализа целых электромобилей.