Lithium-Batterie-Pack

Ein Lithium-Batterie-Pack für Elektroautos, das nicht nur während der Produktion, sondern auch im Anschluss auf sein Innenleben zuverlässig geprüft werden muss. (Bild: ATEcare)

Der Einsatz und die Nachfrage von e-Mobility-Lösungen und batteriebetriebenen Systemen steigt unaufhörlich. Aufgrund der Nachfragen nach batteriebetriebenen Fahrzeugen müssen auch Qualitätssicherungsprozesse in der eh schon voll automatisierten Batteriefertigung immer mehr leisten. „Die Elektroden- und Kapazitätsdichte von Batterien für Elektrofahrzeuge (EV) nimmt ständig zu. Allerdings kann es hier zu qualitativen Problemen kommen. So können Fehlerquellen wie Einschlüsse, Toleranzen und fehlerhafte Überhänge eine Batterie in Brand setzen. Damit besteht sowohl für das Fahrzeug und für die Insassen ein erhebliches Schadens- und ein hohes Sicherheitsrisiko“, zeigt Olaf Römer, Geschäftsführer von ATEcare auf. Außerdem leidet darunter die Akzeptanz der Fahrzeuge. Allerdings ist es extrem kostspielig, diesen Qualitätsproblemen in den höchst aufwändigen Produktionsumgebungen auf die Spur zu kommen.

Brennendes Auto
Fehlerquellen wie Einschlüsse, Toleranzen und fehlerhafte Überhänge können eine Batterie in Brand setzen – mit schwerwiegenden Folgen. (Bild: ATEcare)

E-Mobility: Batterie und Sicherheit

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(Bild: AdobeStock_277540900)

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Wieso sind 2D und 2,5D AXI weniger geeignet?

Abhilfe kann die vollautomatische, zerstörungsfreie Röntgenmethode bieten. Die Technologie erlaubt es, auch verdeckte Komponenten und Innenstrukturen zerstörungsfrei zu prüfen. Das gilt auch für hochvolumige Strukturen, wie sie beispielsweise EV-Batterien aufweisen. „Allerdings muss hier zwischen der 2D-, 2,5D- und der 3D-Röntgenmethode unterschieden werden. So ist das 2D- und 2,5D- Röntgen zwar effizient, preiswert und schnell. Die komplexen Strukturen einer EV-Batterie erfordern jedoch meist eine höherwertige Röntgenprüfung“, hebt Römer hervor. So lassen sich z.B. die Abstandsmessungen zwischen Anode und Kathode sowohl beim Flächen- als auch beim Linien-Scan nur schwer durchführen, weshalb die Fehlerfindung hier limitiert ist. „Diese beiden Röntgenmethoden eignen sich also nicht für eine flächendeckende Qualitätssicherung bei der Zell- und Batteriefertigung“, betont Römer.

Schafft die Computertomographie Abhilfe?

Besser geeignet ist hierfür das High Speed 3D-Röntgen mit Computertomographie (CT). Verfügt das System über eine neu entwickelte CT-Scan und GPU-Technologie, lassen sich überdies 3D-Volumendaten (Voxel) sowie hunderte Schichtebenen bei einer Widerholgenauigkeit von 99,9% darstellen. Die kombinierte Technologie erlaubt in kurzer Zeit die vollumfängliche Inspektion, inklusive der Abstandsmessungen zwischen Anode und Kathode. Anhand der 3D-CT-Inspektion ist es möglich, hunderte von Bildern aus unterschiedlichsten Winkeln aufzunehmen. Außerdem lassen sich X- und Y-Schnitte an jeder Stelle der Volumendaten ansetzen. Dadurch ist es möglich, Überhänge akkurat zu ermitteln und Elektrodenplatten zu zählen.

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Das von ATECare angebotene System für High Speed 3D-Röntgen mit Computertomographie wurde von dem koreanischen Inspektionsspezialisten SEC entwickelt. Das Inline-Röntgen-CT-System SEC X-eye EVB-CT wurde speziell für die Inspektion von EV-Batterien konzipiert und lässt sich sowohl für die 2D-, 2.5D- und 3D-Inline-Prüfung nutzen. Überdies ermöglicht eine aus der SEC-eigenen Entwicklung stammende Offenröhre einen hohen Durchsatz, wobei das System verschiedene Batteriezelltypen prüfen kann. Die gesamte Inspektion läuft in den unterschiedlichen Produktionszyklen vollautomatisch. Außerdem lassen sich Prüfalgorithmen z.B. für Kathode und Anode, Abstände, Positionierung, Einschlüsse, etc. anpassen.

Eine KI-Deep Learning-Software ermittelt außerdem die Extraktionswerte der Kathoden und Anoden im “deep learning process”. Damit ist es möglich, Minimal- und Maximalwerte einzustellen und mit einem GUT-Muster zu vergleichen.

Die Batteriefertigung vollautomatisch überwachen

Wenn die einzelnen Schritte in der Batteriefertigung überprüft werden sollen, dann kommt das smarte AVI-System Kitov Core zum Einsatz. Idealerweise werden damit in einem einzigen Inspektionsschritt verschiedene Positionen angefahren und unterschiedliche Aufgaben übernommen, sodass das System weitere Taktzeitoptimierungen zulassen kann. So erkennt das System fehlerhafte Schweißpunkte, falsch angebrachte Stecker, fehlende Komponenten, beschädigte Verschraubungen sowie falsche oder nicht vorhandene Sicherheitshinweise und Hinweisaufkleber. Der Kitov Smart Planer ermöglicht es dem Bediener, die zu prüfenden Bereiche auszuwählen. Das an einem Roboterarm montierte Kamerasystem nimmt Bilder auf und präsentiert diese dem Bediener an der Kitov-Review-Station als Soll-Ist-Vergleich. Der Bediener kann dann entscheiden, ob die Unregelmäßigkeiten noch in der Toleranz liegen. Das System lernt anhand der Entscheidungen mit und optimiert die Bild- und Fehlerauswahl, die es dem Bediener vorschlägt.

Akku auf Lithiumbasis für e-Mobility
Das Inline-Röntgen-CT-System SEC X-eye EVB-CT wurde speziell für die Inspektion von EV-Batterien konzipiert. (Bild: ATEcara)

Der Kitov Core lässt sich bei hohem Produkt-Mix und kleinen oder mittleren Volumen einsetzen. Für größere Volumina ist außerdem die Inline-Anbindung mit Transportsystem und integriertem Hub- und Drehmechanismus möglich. Das Kitov-System kann in Smart-Factory-Umgebungen integriert und an QMS- und EMS-Systeme angebunden werden. Weitere Software-Tools für Datenanalyse und Qualitätskontrolle stehen zur Verfügung.


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Petra Gottwald
(Bild: Hüthig)

Petra Gottwald

Chefredakteurin productronic und all-electronics.de, nach Unterlagen von ATEcare

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