Röntgenbildgebung in der E-Mobilität

Die GiantEye-Technologie vereinfacht die Nutzung der XXL- und HE-CT-Technologie, indem das Röntgensystem um das zu messende Objekt rotiert wird. Hierdurch wird eine minimale Belastung z. B. durch eine mechanische Beeinflussung für die zu messenden Objekte erzielt. Das GiantEye-Tomographie-Portal wird dabei die Nutzungsmöglichkeiten der bisherigen Systeme vereinen und eine seriennahe Nutzung der Technologie ermöglichen. Durch die zum Einsatz kommenden weiterentwickelten Röntgenkomponenten sowie den optimierten geometrischen Aufbau des Messsystems werden Messzeiten reduziert oder wahlweise die Auflösung der erzielbaren Messdaten erhöht. 

Die Hochenergie-Computertomographie, auch HE-CT genannt, kommt für den Scan von kompakten, aber schwer zu durchdringenden Objekten wie Batteriemodulen zum Einsatz. Die Methode ermöglicht hochaufgelöste CT-Messungen kompakter Baugruppen wie einzelner Batteriemodule mit einer Objektabtastung von ca. 100 µm. Die Module haben dabei typische Abmessungen von 300 mm × 200 mm × 2000 mm. Durch die Anwendung spezieller Abtastverfahren wie der Helix-CT ist es möglich, die innerhalb der Module meist orthogonal angeordneten Batteriezellen präzise abzubilden und so typische Kenngrößen wie Abstände und Aufblähungenabzuleiten. Für die Untersuchung wird das Modul zuvor in eine vertikale Lage gekippt und über eine spezielle Aufnahme auf dem Drehteller der CT-Anlage fixiert. Die Messdatenerfassung erfolgt mittels eines Flachbilddetektors, was eine sehr effiziente Messung ermöglicht, mit Messzeiten zwischen einer halben und zwei Stunden.

Die XXL-CT kommt für die Untersuchung von gesamten Speichersystemen und kompletten Fahrzeugen zum Einsatz. Das Messsystem verfügt über einen 4 m breiten Zeilendetektor und ein Manipulationssystem, das Objekte mit bis zu 3 t Gewicht aufnehmen kann, um ein CT-Schnittbild zu erzeugen. Die Röntgenkomponenten können für den Scan über eine Höhe von bis zu 4,5 m das Objekt in Viertelmillimeter-Schritten erfassen. Durch den fächerartigen Röntgenstrahl, der zur Anwendung kommt, ermöglicht die Anlage eine maximale Durchdringungsfähigkeit von über 1 m Aluminium und 0,4 m Eisen. Die Untersuchung an vollständigen Speichersystemen wird genutzt, um die Lage und Orientierung der einzelnen Zellen, z. B. vor und nach Zyklustests, zu analysieren. Für den Produktionsanlauf sowie für die Qualitätssicherung werden vollständige Speichersysteme auf die innere Ausprägung von Verklebungen und Aufschäumungen hin analysiert. Dank der hohen erreichbaren Bildqualität ist es möglich, alle im Speicher verbauten Werkstoffe gut abzubilden und zu analysieren.

Die AIR Technologie transferiert einen Teil der Möglichkeiten der XXL-CT auf eine möglichst einfach und kostenoptimiert zu nutzende Plattform. Das Messsystem, das später in einer einfachen Garage aufgebaut werden kann, ermöglicht die schnelle Erfassung von einlagig, flach aufgebauten Batteriespeichern, selbst im montierten Zustand. Neben dem Potential einige der Möglichkeiten der XXL-CT Untersuchungen schnell in die eigenen Produktionsumgebung zu transferieren ermöglich das AIR System die Erschließung neuer Anwendungsfelder für die Röntgentechnik wie den Sekundär Fahrzeugmarkt sowie die Schadensbegutachtung. Typischerweise wird mittels des AIR Systems ein zweidimensionales Bild des Speichers aus der Vogelperspektive aufgenommen. Das Fahrzeug wird hierzu einfach im System geparkt und für die Messung stehen gelassen. Die gewonnenen Daten ermöglichen eine schnelle Beurteilung der Zellabstände, der Schwellung von Zellen, mechanische Verformungen des Batterierahmens z.B: in Folge eines Unfalls oder anderer sicherheitskritischer Merkmale. 

Die präzise Erfassung der CT-Daten mit minimalem Artefaktaufkommen ist eine wichtige Grundlage für die Bewertung der erfassten Objekte. Eine weitere stellt die Auswertung der Daten dar. Während für einzelne Untersuchungen wie z. B. zur Schadensbeurteilung eine manuelle Auswertung durch das erfahrene CT-Laborpersonal erfolgt, werden im Rahmen der Strategischen Initiative Auswertemethoden entwickelt, die eine nahezu automatisierte Auswertung charakteristischer Merkmale und Kenngrößen ermöglichen. Diese werden direkt in die Entwicklungsabteilung zurückgegeben und minimieren den Aufwand auf Nutzeseite. Typischerweise werden folgende Merkmale in Batteriemodulen und -systemen automatisiert ausgewertet: Zellabstände, Zelllage, Zellzustand (swelling), Verklebung, Verschäumung.