Fraunhofer автоматизує рентгенівський аналіз акумуляторів електромобілів

Фраунгофер IIS розробив програмне забезпечення, яке автоматично аналізує рентгенівські знімки повних акумуляторів електромобілів на наявність механічних дефектів. Метод, розроблений у рамках дослідницького проекту AIR, має доповнити традиційну діагностику акумуляторів та надавати додаткову інформацію, особливо щодо автомобілів після аварій та перед їх можливим подальшим використанням.

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

Зображення: Fraunhofer IIS

Центр розробки технологій рентгенографії Fraunhofer IIS спільно з Університетом Мюнхена розробив метод, за допомогою якого можна сканувати повні високовольтні акумулятори без необхідності відкривати їхню корпусну конструкцію чи демонтувати окремі компоненти. Сама система AIR (AIR — це скорочення від Antriebsbatterieinspektion mittels Röntgentechnik, тобто перевірка акумулятора силової установки за допомогою рентгенографії) не є чимось новим: Fraunhofer вже у 2024 році представив цю технологію перевірки та протестував її, зокрема, на понад 100 приватних електромобілях. Новим є програмний пакет, який автоматично аналізує створені 2D-рентгенівські проекції.

Схема вимірювання нагадує пральну машину: рентгенівське джерело, розташоване над автомобілем, опромінює сам автомобіль та акумулятор, що знаходиться під ним, тоді як детектор, розташований під ним, фіксує це випромінювання. Залежно від схеми перевірки можна оглянути лише акумуляторний блок. Раніше Інститут Фраунгофера називав час сканування всього автомобіля близько десяти хвилин. За даними інституту, автоматизована обробка акумуляторного блоку у використаному середовищі перевірки тривала приблизно п’ять хвилин. Однак загальний час перевірки залежить, серед іншого, від розміру блоку, схеми вимірювання та кількості необхідних проекцій.

Для оцінки вживаних акумуляторів електромобілів, окрім рентгенівського аналізу, існують вже різні методи, які переважно визначають електричний та електрохімічний стан, а саме показник State of Health (SoH). Наскільки важливо індивідуальне тестування, нещодавно показало дослідження Aviloo: серед понад 500 000 перевірених електромобілів показник SoH навіть у автомобілях однієї моделі та з подібною кількістю пройдених кілометрів іноді суттєво відрізнявся.

Рентгенівський аналіз доповнює класичну діагностику акумуляторів

Рентгенівський огляд не повинен замінювати електричні тести акумуляторів. Натомість зображення мають надавати додаткову інформацію про механічну цілісність, щоб стати частиною більш повної оцінки стану та безпеки. Це може бути важливим, наприклад, під час прийняття рішення про те, чи потрібно далі досліджувати, транспортувати, зберігати, повторно використовувати чи утилізувати аварійний акумулятор.

Як це може функціонувати, досліджували партнери проєкту, зокрема на автомобілі VW ID.3. Цей автомобіль у лабораторних умовах компанії DEKRA зі швидкістю 79 км/год врізався спереду у задню частину стоячого VW Tiguan. Незважаючи на значні деформації у передній частині, у проаналізованих рентгенівських знімках акумулятора під кузовом, за даними Fraunhofer, не було виявлено жодних структурних проблем, що впливають на безпеку.

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

Однак схвалення акумулятора було надано не лише на основі цих знімків. Додатково використовувалися оцінка ризиків згідно з принципами DEKRA, дані запису подій та системи керування акумулятором, а також інші електричні перевірки. На основі цього комплексного аналізу високовольтний акумулятор було класифіковано як належний до найнижчого рівня ризику EUCAR 0 та схвалено для подальшого використання.

У випадку іншого акумулятора для аварійних ситуацій із круглими елементами аналіз дав інший результат. Тут програмне забезпечення виявило значно деформовану область та елементи, які змістилися відносно контрольних значень. Хоча ознак набряку елементів не було виявлено, через механічну деформацію подальше використання акумулятора не було рекомендовано.

Рентгенотехнологія також використовується в інших цілях для дослідження акумуляторів. Наприклад, інститут Fraunhofer EMI розробив високошвидкісний рентгенівський пристрій, за допомогою якого можна візуалізувати динамічні процеси всередині окремих великогабаритних акумуляторних елементів під час тестів на навантаження та безпеку. Такий пристрій планують встановити у 2028 році у дочірній компанії Volkswagen з виробництва акумуляторів PowerCo у Зальцгіттері.

У рамках підходу AIR, окрім автомобілів після аварій, можуть стати цікавими й інші сфери застосування. Fraunhofer IIS називає, зокрема, додатки у сфері Second Life як можливу галузь застосування. Інститут також вважає цю технологію потенційно корисною для майбутніх методів перевірки електромобілів під час їхнього регулярного технічного огляду. Однак Fraunhofer поки що не оголошує конкретних планів щодо використання цієї технології у стандартному процесі ТО. У майбутньому запланована система КТ „Giant Eye“ у центрі розробки рентгенотехнологій у Фюрті має дозволити проводити тривимірний аналіз цілих електромобілів.