Blog

Jun 21, 2024

Mire... no toque: inspección por tomografía computarizada de baterías de vehículos eléctricos

Preguntas y respuestas 18 de febrero de 2022 La tecnología avanzada de rayos X y tomografía computarizada, con raíces en la atención médica, ahora se utiliza para una inspección más rápida, precisa y no destructiva de las baterías de vehículos eléctricos. Dr. Tobías Neubrand,

Preguntas y respuestas

18 de febrero de 2022

La tecnología avanzada de rayos X y tomografía computarizada, con raíces en la atención médica, se utiliza ahora para una inspección más rápida, precisa y no destructiva de las baterías de los vehículos eléctricos.

Dr. Tobias Neubrand, director técnico de inspección electrónica de Waygate Technologies, una empresa de Baker Hughes y líder mundial en soluciones de inspección industrial, explica cómo los sistemas avanzados de radiografía industrial y tomografía computarizada (CT) están revolucionando la inspección no destructiva de baterías y por qué es una necesidad crítica para la industria actual. sector de fabricación de vehículos eléctricos (EV) y eMobility de rápido crecimiento y para los vendedores de vehículos eléctricos usados ​​del mañana.

Desde la perspectiva de I+D, la tecnología utilizada en las células de iones de litio está madura, y más o menos al final de su desarrollo. El próximo obstáculo para los fabricantes es lograr una producción en masa fiable y de alta calidad de estas células para reducir el coste. En el laboratorio, todo funciona bien, pero cuando lo llevas a producción en masa, surgen varios problemas. Por ejemplo, es probable que trabajen con productos químicos de diferentes proveedores, lo que puede provocar fallos durante la producción en masa automatizada de las células.

No existe un estándar común entre todos los proveedores, y un gran problema de costos es la chatarra, cuando las células fallan en un determinado punto de la prueba y se retiran de la línea. Los sistemas de rayos X 2D ya están en los talleres y podrían analizar, por ejemplo, el 20% de las células como células defectuosas. Podemos utilizar la tecnología 3D CT para comprobar con más detalle y evaluar la célula con mayor precisión. Esto se puede hacer rápidamente, reducir las pruebas de fallas falsas y reducir los desechos.

La chatarra no es un desperdicio, es la materia prima del futuro. Va directamente al proceso de reciclaje. Pierdes un par de puntos porcentuales y es una buena fuente para usar en células nuevas. Pero si lo piensas como una línea de horneado, ves el problema. Si de cada 10 galletas que produce, dos se rompen y no tiene suficientes buenas para llenar su caja. Eso es a lo que se enfrentan estos fabricantes. Cada celda que resulta defectuosa reduce la eficiencia y aumenta el costo.

Está siendo impulsado por el mercado de vehículos eléctricos: todo el mundo quiere un coche que sea más potente y con mayor autonomía, y los fabricantes de automóviles están cambiando toda su cartera hacia vehículos eléctricos. Esto está generando una gran variedad en las celdas de batería que se están produciendo. Cuando se suma esta variedad a un sector de producción en masa emergente que todavía está recopilando datos sobre dónde están los problemas, hay un aprendizaje continuo. En el futuro, estos fabricantes tendrán control estadístico de procesos, pero ahora es muy nuevo y los procesos se están refinando y están creando lagos de datos para poder regresar y verificar dónde han ocurrido los problemas. Cada vez que cambias algo, comienzas nuevamente tu curva de aprendizaje.

Descubres que tienes una química ligeramente mejor que quizás te dé una ventaja sobre tu competidor, así que lo vuelves a hacer. A continuación, desea una batería para un automóvil deportivo y ahora debe tener un tamaño diferente. Esta es una especie de círculo en el que se encuentra la industria en este momento.

Piense en la estructura de sus pequeñas baterías para electrodomésticos; Lo mismo ocurre con la batería de un automóvil grande. Una vez construido, está sellado y ya no se puede mirar dentro: es como una caja negra. Puedes probar la corriente, pero no conoces la verdadera integridad de su estructura interna. Los fabricantes de automóviles utilizan tecnología de inspección para comprobar las baterías que compran a los fabricantes de baterías. Si hay un problema, quieren saber definitivamente dónde está el fallo: ¿es de ellos o del fabricante de la batería?

Se prestó mucha atención a la seguridad de las baterías de iones de litio en 2016, cuando el dispositivo móvil Samsung Note 7 se incendió y, de repente, no se podía abordar un avión si se tenía un Note 7. La inspección por tomografía computarizada fue importante en el análisis de fallas en En este caso, demostró que la causa principal era la geometría de los electrodos empaquetados. Los electrodos se colocaron en un rollo de gelatina dentro de una funda de teléfono muy pequeña y, en ciertos puntos, los ángulos se volvieron demasiado agudos y los electrodos se rompieron. Una vez que sufrían daños físicos, podían provocar un cortocircuito en la celda y provocar incendios.

El paquete de baterías utilizado para los vehículos eléctricos o el almacenamiento de energía se compone de módulos: cada módulo se compone de varias celdas. Al inspeccionar las baterías a nivel de celda, los ingenieros observan la fabricación mecánica, las inclusiones, la homogeneidad de los electrodos, las conexiones internas (soldaduras) y la ubicación de los electrodos en las celdas. Si nos fijamos más en esta inspección espacial de la geometría, analizan la distancia de los electrodos entre sí, su tamaño y orientación entre sí, su distancia a la pared y sus ángulos. Puede hacer algo de esto con sistemas de rayos X 2D, pero no obtiene la información completa; normalmente sólo son visibles uno o dos modos de falla. Con la TC se obtiene una imagen completa de las partes críticas de las células mientras se encuentran dentro de la caja, razón por la cual fue tan útil en la situación de los teléfonos móviles.

El uso de CT para la inspección de baterías de vehículos eléctricos se ha vuelto importante en consonancia con la producción en masa de vehículos eléctricos. Hemos estado usando baterías de iones de litio en computadoras portátiles y teléfonos durante 15 años o más, y algunas de las marcas más importantes de electrónica de consumo actual se encuentran entre nuestros clientes. Los mismos fabricantes que ya tienen experiencia en la producción de baterías para teléfonos móviles comenzaron a fabricar baterías más grandes para vehículos eléctricos. Pero es un gran cambio de alcance y ahí es donde las cosas se ponen interesantes. Ahora tenemos un conjunto diferente de geometrías, capacidades y paquetes: todos los módulos de estas baterías requieren sistemas de gestión de baterías. Es un universo completamente nuevo, aunque muchos de los mismos fabricantes.

Los fabricantes de automóviles están utilizando la TC para el análisis de fallos. Cuando recuperan del campo una batería que ha fallado en el coche, lo primero que hacen es una inspección por tomografía computarizada. Como sabemos, el solo hecho de abrir una batería puede dañarla, y esa primera vista la obtienen sin tocar nada. La inspección CT les permite demostrar que el error estaba allí antes de abrirlo. Esto también es importante desde una perspectiva de seguridad. Si los técnicos tienen que abrir dicho módulo, el CT les muestra dónde pueden colocar el martillo de forma segura.

La suite Phoenix brinda tranquilidad tanto a los fabricantes de vehículos eléctricos como a los fabricantes de baterías. El ejemplo más famoso de por qué esto es tan importante es el acuerdo de 2021 entre una marca de automóviles estadounidense y un proveedor mundial de baterías. Hubo grandes problemas con la batería que se había fabricado para un determinado modelo de automóvil, lo que llevó a un retiro universal de ese vehículo. Una vez que se reveló que la batería era el problema, la asociación continuó, pero después de acordar una compensación de mil millones de dólares. Entonces se puede ver el valor económico y los problemas de reputación. Demuestra lo importante que es la confianza en la integridad de las baterías de los vehículos eléctricos, ¡y usted podría comprar muchos de nuestros sistemas de prueba por esa cantidad!

La principal solución que los fabricantes de vehículos eléctricos y baterías están utilizando en este momento es el sistema Phoenix V|tome|x, que está disponible en diferentes versiones según los requisitos individuales de los clientes.

Lo interesante es cómo vemos aparecer nuevos fallos en las líneas de producción de baterías todo el tiempo. Aquí es donde nuestro sistema CT realmente puede ayudar, porque puede analizar la batería completa. Otros equipos de prueba se centran en un único modo de falla. Realiza una verificación de prueba para detectar un error y, cuando funciona sin problemas, aparece un nuevo modo de falla. La TC no hace eso. En el 90% de los casos, nuestros sistemas CT pueden ayudar a detectar la falla, son flexibles y luego podemos reaccionar rápidamente para inspeccionar estos nuevos modos de falla.

En el futuro queremos avanzar hacia un diagnóstico más asistido por ordenador. En este momento, se trata de imágenes, datos de volumen y operadores bien capacitados, pero tenemos el objetivo de incorporar más inteligencia artificial (IA). Ya estamos trabajando en eso, pero es complejo porque las configuraciones de las baterías cambian todo el tiempo.

Una batería grande es un poco como una inversión de capital: usted quiere asegurarse de que esté en buenas condiciones y segura hoy y realizar un seguimiento de cómo influye en el valor de su automóvil en el futuro. En este momento, nuestras tecnologías no se utilizan en este mercado de “servicio de vehículos eléctricos”, pero llegará, ya que no hay otra forma de mirar dentro de esas cajas negras.

En un vehículo eléctrico, nadie desconecta un motor eléctrico, por lo que la batería es la parte valiosa. ¿Qué tipo de servicio pueden hacer por la batería? La industria está cambiando, pero si nos fijamos un poco en la bola de cristal, los concesionarios de automóviles no tendrán el equipo para hacer este tipo de trabajo. Pueden recopilar datos eléctricos, pero desmontar una batería es otra cosa. Creo que surgirá una segunda capa de centros de servicio, donde tomarán la batería y mirarán el interior utilizando tecnología como los sistemas CT. Pueden reconfigurar la batería o después de mirar dentro pueden valorarla.

Supongamos que tiene un automóvil que tiene tres años y está fuera de garantía, pero aún desea obtener un buen precio por él; el comprador querrá una prueba del estado de la batería. Ahí es cuando puedes invertir y decir: "Aquí está el escaneo de mi batería para demostrar que vale la pena".

Los centros de servicio también podrán reestimular los módulos o volver a ensamblarlos, reemplazando los módulos defectuosos encontrados por la inspección CT, para que la batería vuelva a su capacidad total. Es un equipo costoso, pero creo que aquellos que estén equipados con estos sistemas serán parte del ecosistema de vehículos eléctricos.

Regístrese para mantenerse actualizado sobre las últimas innovaciones y las personas que están dando forma al futuro de nuestra industria.