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Qu a l i t ä t s s i c h e r u n g Blick in die ‚Black box‘ Nach dem Zusammenbau stellt die ‚Black Box‘-Natur von Batteriemodulen ein Problem dar denn wie lässt sich ein Modul ohne Blick ins Innere prüfen? Das Battery Innovation Center BIC im amerikanischen Newberry hat sich mit diesem Problem beschäftigt und einen Lösungsansatz mit einer Bildgebung entwickelt die über den visuellen Bereich hinausgeht Das BIC konzentriert sich auf die Entwicklung Prüfung Validierung und Vermarktung von sicheren zuverlässigen und leichten Batterien für kommerzielle und militärische Anwendungen Das Verfahren umfasst Tests bei denen die Batterien einem Worst-Case-Szenario ausgesetzt und dabei sogar zerstörerisch behandelt werden um alle daraus resultierenden Sicherheitsprobleme zu verstehen Um möglichst viele Daten aus diesen Tests zu gewinnen setzt das BIC eine Hochgeschwindigkeits-Wärmebildkamera von Teledyne Flir ein und erkennt damit Details zur Wärmeentwicklung Mit Hilfe der Wärmebildtechnik können die Ingenieure erkennen was außerhalb der Batterie passiert wenn sie beschädigt ist was im Inneren passiert und wie sich die Hitze entwickelt Die Forscher haben sich auch mit verschiedenen Arten der Röntgenbeugung für die Insitu-Analyse befasst darunter Röntgenund Ultraschallbilder Dies ermöglicht die Analyse der physikalischen Struktur sowie der Materialien der Batterie und liefert Hinweise auf physikalischchemische Reaktionen im Zusammenhang mit dem Betrieb und der abnehmenden Leistung einer Batterie Eine CT-Analyse kann zwar keinen Aufschluss über die Elektrochemie innerhalb der Zelle geben doch das mechanische Innenleben lässt sich damit durchaus aufzeigen Eine Überhitzung der Zelle durch einen sich selbst verstärkenden wärmeproduzierenden Prozess und ein daraus folgender Brand kann mechanische Ursachen haben doch auch elektrochemische Prozesse Hybridfahrzeugen eingeleitet nachdem fünf Autohersteller Rückrufe wegen möglicher Mängel herausgegeben hatten die Brände oder das Abwürgen von Motoren verursachen könnten Nach Angaben der National Highway Traffic Safety Administration betraf die Untersuchung mehr als 138 000 Fahrzeuge mit Batterien des südkoreanischen Herstellers LG Energy Solution die in Fahrzeugen von General Motors Mercedes-Benz Hyundai Stellantis und Volkswagen zum Einsatz kommen Sicherere Batterien durch Inspektion Da es noch keine Langzeiterfahrungen mit standardisierten Fehlerdetektionsund Fehleranalysegeräten gibt um die Risiken bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien zu verstehen spricht vieles dafür die Qualitätskontrollen an allen einzelnen Zellen vor und nach dem Zusammenbau zu Modulen zu verstärken Die erste Sichtprüfung während des Produktionsprozesses von LIB findet bei der Fertigung von Folien statt die zur Herstellung der Elektroden Kathoden und Anoden verwendet werden Die Qualität und Konsistenz der Folien und ihrer Beschichtungen sind entscheidend für die Funktion und Sicherheit der Zellen Fremdpartikel Unebenheiten und Ungleichmäßigkeiten die sich mit der Zeit durch die Separatorfolie drücken oder reiben können einen Kurzschluss verursachen der zu einem katastrophalen Batterieausfall führen kann In der Regel erfolgt diese Prüfung nach dem Schneiden oder Stanzen Bei diesen Prozessen können sich Partikel auf der Oberfläche ablagern bevor die Elektroden gerollt gefaltet oder gestapelt werden Oft sind es nur ein paar dunkelgraue Defekte auf einem dunkelgrauen Hintergrund die über die Leistung und Lebensdauer einer Batteriezelle entscheiden können Für die Hersteller ist es wichtig diese Defekte im Bereich von 50 µm bis hinunter zu 10 µm zu erkennen Contact Imaging Sensoren werden häufig für eine erste ‚grobe‘ Prüfung verwendet doch für eine detaillierte Inspektion im weiteren Verlauf vertrauen die Unternehmen auf Zeilenkameras und hochempfindliche TDI-Kameras Time Delay Integration die die erforderliche Auflösung und Empfindlichkeit bieten Zu den innovativeren Lösungen für diese Aufgabe zählen Multi-Field-TDI-Kameras die den zusätzlichen Vorteil bieten dass sie gleichzeitig Licht aus drei verschiedenen Spektren und Winkeln erfassen und so mehr Bilddaten für die Fehlererkennung und -analyse liefern Andere Arten der Bildgebung werden in verschiedenen Phasen der Batteriemontage genutzt So messen Hochgeschwindigkeits-3D-Laser-Profiler die Form dreidimensionaler Objekte zum Beispiel die Gleichmäßigkeit des Schweißens einer Kontaktlasche die Verformung der Lasche und ihre Ausrichtung Eine schlecht geschweißte Kontaktzunge kann brechen oder einen zeitweiligen Kontaktverlust verursachen Flächenkameras werden vor allem bei der Verpackung einzelner Zellen in größere Batterien eingesetzt wo die Ausrichtung von Hunderten von Zellen im Gehäuse genau kontrolliert werden muss 0 5 -2 3 · w w w c o m p u t e r - a u t o m a t i o n d e | 15 Die Linea HS 16k Multifield-TDI-Kamera ermöglicht die zeitgleiche Aufnahme von bis zu drei Bildern unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen Bild Teledyne Dalsa