Qualitätssicherung bei der Zell- und Batteriefertigung
24.03.2023 – News
Der Einsatz und die Nachfrage von e-Mobility-Lösungen und batteriebetriebener Systeme steigt unaufhörlich. Die zuverlässige Funktion solcher Systeme ist daher eine Voraussetzung und sollte durch Qualitätssicherungsmaßnahmen während der Batterieherstellung sichergestellt werden. Doch welche Prozesse und Inspektionssysteme eignen sich hierfür am besten? Ein Themengebiet, mit dem sich der Spezialist für Test- und Prüfaufgaben in der Elektronikindustrie ATEcare Service GmbH & Co. KG intensiv beschäftigt.
Akku auf Lithiumbasis für e-Mobility (Quelle: Shutterstock)
„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 hohe Sicherheitsrisiko“, zeigt Olaf Römer, Geschäftsführer der ATEcare GmbH auf. Außerdem leidet darunter die Akzeptanz der Fahrzeuge. Allerdings ist es extrem kostspielig, diesen Qualitätsproblemen in den höchst aufwendigen Produktionsumgebungen auf die Spur zu kommen.
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 Röntgenmethode eignet sich also nicht für eine flächendeckende Qualitätssicherung bei der Zell- und Batteriefertigung“, betont Römer.
Besser geeignet ist hierfür das High Speed 3D-Röntgen mit Computerthomographie (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.
Das von ATECare angebotene System für High Speed 3D-Röntgen mit Computerthomographie 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 offene Röhre einen hohen Durchsatz, wobei das System verschiedene Batteriezelltypen prüfen kann. Die gesamte Inspektion läuft in unterschiedlichen Produktionszyklen vollautomatisch. Zudem ist es möglich, Prüfalgorithmen z.B. für Kathode und Anode, Abstände, Positionierung, Einschlüsse, etc. anzupassen. 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-Mustern zu vergleichen.
