Fraunhofer автоматизує рентгенівський аналіз акумуляторів електромобілів

Фраунгофер IIS розробив програмне забезпечення, яке автоматично аналізує рентгенівські знімки повних акумуляторів електромобілів на наявність механічних дефектів. Цей метод, створений у рамках дослідницького проекту AIR, призначений для доповнення класичної діагностики акумуляторів та надання додаткової інформації щодо транспортних засобів, пошкоджених у аваріях, а також перед їх можливим подальшим використанням.

Програмне забезпечення для рентгенівського аналізу виявляє зміщені круглі елементи акумулятора та автоматично позначає деформовані ділянки.

Зображення: Fraunhofer IIS

У співпраці з Мюнхенським університетом прикладних наук Центр розробки технологій рентгенівського опромінювання при Fraunhofer IIS розробив метод, який дозволяє проводити рентгенівське обстеження повних високовольтних акумуляторів без необхідності відкривання корпусу акумулятора чи видалення окремих компонентів. Система AIR (AIR – це скорочення від *Antriebsbatterieinspektion mittels Röntgentechnik*, тобто перевірка акумулятора приводу за допомогою технології рентгенівського опромінювання) не є чимось новим: Fraunhofer вперше представив цю технологію тестування у 2024 році та протестував її на понад 100 приватних електромобілях. Однак новим є програмний бібліотека, яка автоматично аналізує створені 2D-проекції рентгенівських знімків.

За даними Fraunhofer IIS, це програмне забезпечення може автоматично виявляти циліндричні, призматичні та пухиреподібні елементи в типах акумуляторів, які досліджувалися до цього часу. Воно також може виявляти геометричні нерегулярності, які можуть свідчити про зсув чи деформацію елементів, а також про їхнє набрякання.

Система вимірювання нагадує автомийку: джерело рентгенівських променів, розташоване над автомобілем, сканує його та акумулятор, що знаходиться під підлогою, тоді як детектор, розташований знизу, фіксує випромінювання. Залежно від налаштувань тесту можна оглянути лише акумуляторну батарею. Раніше Fraunhofer зазначав, що час сканування повного автомобіля становить близько десяти хвилин. За даними інституту, у використаному тестовому середовищі новий автоматизований метод оцінки акумуляторної батареї зайняв приблизно п’ять хвилин. Однак загальний час тестування залежить від таких факторів, як розмір батареї, налаштування системи вимірювань та кількість необхідних проекцій.

Окрім аналізу за допомогою рентгенівських променів, існує вже низка методів оцінки використаних акумуляторів електромобілів, переважно для визначення їхнього електричного та електрохімічного стану або рівня здоров’я (SoH). Актуальність окремих тестів нещодавно була підтверджена дослідженням Aviloo: серед понад 500 000 перевірених електромобілів рівень SoH суттєво відрізнявся навіть між автомобілями однієї моделі з подібною кількістю пройдених кілометрів.

Проте рівень SoH не вказує безпосередньо на те, чи є елементи та модулі всередині закритого акумуляторного блоку механічно цілими. Старіння, вібрації чи аварії можуть спричинити зміни та деформації. Саме тут і входить у справу проект AIR.

Аналіз за допомогою рентгенівських променів доповнює класичну діагностику акумуляторів

Рентгенівський огляд не призначений для заміни тестів електричних акумуляторів. Натомість знімки мають надавати додаткову інформацію про механічну цілісність, тим самим стаючи частиною більш повної оцінки стану та безпеки. Це може бути корисним, наприклад, для вирішення питання про те, чи потрібно акумулятор, пошкоджений внаслідок аварії, піддати подальшому огляду, транспортуванню, зберіганню, повторному використанню чи утилізації.

Щоб показати, як це може функціонувати, у проекті було досліджено, зокрема, автомобіль VW ID.3. У лабораторних умовах у DEKRA автомобіль рухався вперед зі швидкістю 79 км/год на задню частину стоячого автомобіля VW Tiguan. Незважаючи на значні деформації у передній частині, Fraunhofer повідомив, що у проектованих рентгенівських знімках акумулятора, розташованого під підлогою, не було виявлено жодних структурних недоліків, критичних для безпеки.

Програмне забезпечення автоматично визначало розташування акумуляторних елементів у дев’яти модулях акумулятора та порівнювало, зокрема, кривизну країв обраних елементів. За даними інституту, не було виявлено жодних критичних відхилень, перекриттів чи випинань.

Однак акумулятор не було схвалено до подальшого використання лише на основі цих знімків. Додаткові оцінки включали аналіз небезпеки згідно з керівними принципами DEKRA, дані від записувача даних подій та системи керування акумулятором, а також додаткові електричні тести. На основі цього всебічного аналізу високовольтний акумулятор було класифіковано на найнижчий рівень небезпеки EUCAR 0 та схвалено до подальшого використання.

У іншому акумуляторі, пошкодженому внаслідок аварії з циліндричними елементами, аналіз дав інший результат. Тут програмне забезпечення виявило суттєво деформовану область та елементи, які змістилися порівняно з контрольним зразком. Хоча ознак набряку елементів не було виявлено, акумулятор все одно не рекомендувався до подальшого використання через механічну деформацію.

Технологія рентгенівського випромінювання також використовується в інших сферах для перевірки акумуляторів. Наприклад, Fraunhofer EMI розробив високошвидкісну систему рентгенівського випромінювання, яка дозволяє візуалізувати динамічні процеси всередині окремих акумуляторних елементів великого формату під час тестів на навантаження та безпеку. Встановлення такої системи у дочірньому підприємстві Volkswagen з виробництва акумуляторів PowerCo у Зальцгіттері планується у 2028 році.

Тим часом підхід AIR може бути корисним для додаткових сценаріїв використання, окрім автомобілів після аварій. Fraunhofer IIS вказує на застосування цієї технології у другому житті як на потенційну сферу використання. Інститут також вважає, що ця технологія може бути корисною для майбутніх методів перевірки в контексті періодичної технічної інспекції (HU) електромобілів. Однак Fraunhofer ще не оголосив жодних конкретних планів щодо використання цього підходу у процесі звичайної HU. У майбутньому плануваний система КТ „Giant Eye“ у Центрі розробки технологій рентгенівського випромінювання у Фюрті також має дозволити проводити тривимірний аналіз цілих електромобілів.