無損可視化檢測(cè) - 動(dòng)力電池的CT應(yīng)用
Waygate Technologies的電子器件檢測(cè)技術(shù)總監(jiān)Tobias Neubrand博士解釋了如今的工業(yè)射線照相和計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)系統(tǒng)
如何改變著電池的無損檢測(cè)；為什么無損檢測(cè)是當(dāng)今快速增長(zhǎng)的電動(dòng)汽車(EV)和電動(dòng)交通制造行業(yè)以及未來二手電動(dòng)汽車銷售商的
迫切需求。
顯示電池極卷整齊度結(jié)果的工業(yè)CT掃描（©VG/Waygate Technologies）
Q1您能先談?wù)勀壳半姵氐那闆r，再?gòu)募夹g(shù)角度概述一下電動(dòng)汽車電池的發(fā)展嗎？
Tobias: 從研發(fā)的角度來看，鋰離子電芯技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成熟，并且或多或少處于發(fā)展的末期。
制造商面臨的下一個(gè)障礙是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)中仍然保持這些電池的可靠性和高品質(zhì)，并降低成本。
在實(shí)驗(yàn)室里小批量試制時(shí)，一切正常。但當(dāng)你將其投入大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一些問題。
例如他們可能使用來自不同供應(yīng)商的化學(xué)材料，這可能會(huì)導(dǎo)致電芯在自動(dòng)化大規(guī)模生產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障。
所有供應(yīng)商之間沒有共同的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)電芯在某個(gè)測(cè)試點(diǎn)未通過測(cè)試并從生產(chǎn)線移除時(shí)，產(chǎn)生的廢料是一個(gè)大的成本問題。
比如二維X射線照相系統(tǒng)已經(jīng)在車間中使用，可以測(cè)試出20%的電芯為壞電芯。我們可以使用三維CT技術(shù)進(jìn)行更詳細(xì)的檢查，更準(zhǔn)
確地評(píng)估電芯。這可以快速完成測(cè)試，并減少故障測(cè)試失敗率，減少?gòu)U料。
Tobias Neubrand博士
電子器件檢測(cè)技術(shù)總監(jiān)
Waygate Technologies
Q2“廢料”怎么處理呢？
Tobias: 廢料不是廢棄物 - 它是未來的原材料。它能夠直接進(jìn)入回收步驟。電芯生產(chǎn)中百分之幾的失效電芯都可以進(jìn)入回收步驟成
為未來新電芯生產(chǎn)的原材料。如果你把它想象成一條餅干生產(chǎn)線，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)問題。如果你每生產(chǎn)十塊餅干其中都有兩塊是壞的，
那么你就沒有足夠的好餅干去填滿一整盒。這就是這些電池制造商面臨的問題。每一個(gè)被測(cè)試為失效的電芯都會(huì)降低整體的生產(chǎn)效
率并增加了生產(chǎn)成本。
Q3為什么擁有成熟的技術(shù)，鋰離子電池電芯的故障率仍然很高？
Tobias: 這是由電動(dòng)汽車市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的 - 每個(gè)人都想要一輛動(dòng)力更強(qiáng)大、續(xù)航里程更長(zhǎng)的汽車，汽車制造商正在將其整個(gè)產(chǎn)品組合轉(zhuǎn)
向電動(dòng)汽車。這使得正在生產(chǎn)的電池電芯種類繁多。五花八門的電芯對(duì)于一個(gè)仍然在收集各種問題數(shù)據(jù)的新興大規(guī)模生產(chǎn)領(lǐng)域，就
會(huì)是持續(xù)的學(xué)習(xí)過程。在未來，這些制造商將會(huì)有過程控制統(tǒng)計(jì)，但現(xiàn)在它處于初始階段，該過程控制正在改進(jìn)，他們正在創(chuàng)建數(shù)
據(jù)庫(kù)，以便他們可以回溯哪里發(fā)生了問題。每次你改變一些東西，就會(huì)重新建立你的學(xué)習(xí)曲線。
你發(fā)現(xiàn)稍微好一點(diǎn)的化學(xué)工藝，這也許使你優(yōu)于你的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，所以你會(huì)再次對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化。接下來，你想要制造一個(gè)跑車電池，
現(xiàn)在需要做一個(gè)不同尺寸的設(shè)計(jì)。這是這個(gè)行業(yè)現(xiàn)在所處的一種循環(huán)。
缺陷軟包電芯的工業(yè)CT掃描（©Waygate Technologies）
Q4為什么CT電池檢查對(duì)電動(dòng)汽車行業(yè)如此重要？
Tobias: 想想家用電器的小電池結(jié)構(gòu)，對(duì)于大型汽車電池也是如此。電池完成制成時(shí)就被密封了，你再也看不到里面了 - 它就像一
個(gè)黑匣子。你可以測(cè)試電流，但你不知道它內(nèi)部結(jié)構(gòu)的真正完整性。汽車制造商使用檢測(cè)技術(shù)來檢查他們從電池制造商那里購(gòu)買的
電池。如果出現(xiàn)問題，他們希望能夠確切地知道故障所在：是他們自己的問題，還是電池制造商的問題？
2016年三星Note 7手機(jī)起火爆炸事件使人們開始關(guān)注鋰離子電池的安全性，當(dāng)時(shí)如果你持有的是Note 7手機(jī)，就無法乘坐飛機(jī)。
在這種情況下，CT檢查在故障分析中很重要 - 它會(huì)展示電池缺陷的根本原因，即包裝電極材料的幾何形狀。電極材料安裝在包裝
膜內(nèi)再安裝到手機(jī)中，由于其安裝空間非常有限，在某些地方，角度如果太尖銳，電極材料就出現(xiàn)斷裂。一旦電極材料出現(xiàn)物理?yè)p
傷，他們可能會(huì)在電芯造成短路，導(dǎo)致起火。
用于電動(dòng)汽車或儲(chǔ)能的電池包由多塊電池模組組成，每個(gè)模組由多個(gè)電芯組成。當(dāng)在電芯層面上進(jìn)行電池檢查時(shí)，工程師們會(huì)查看
常見的缺陷比如夾雜物、電極均勻性、內(nèi)部連接（焊接）、電極在電芯中的位置。如果我們更仔細(xì)地觀察這種幾何結(jié)構(gòu)的空間分
布，他們會(huì)分析電極之間的距離、它們彼此的大小和方向、它們與包裝膜壁的距離以及它們的角度。你可以用二維X射線照相系統(tǒng)
透視進(jìn)行簡(jiǎn)單的檢查，但無法得到完整的信息，通常只有一或兩個(gè)故障形式可見。有了CT，你可以看到密封的電芯關(guān)鍵部位的全
貌，為此，CT在檢查手機(jī)電池方面也非常有用。
Q5您和Waygate Technologies的團(tuán)隊(duì)什么時(shí)候開始進(jìn)行電動(dòng)汽車電池?zé)o損檢測(cè)？
Tobias: 隨著電動(dòng)汽車的大規(guī)模生產(chǎn)，使用CT檢查電動(dòng)汽車電池變得非常重要。我們?cè)诠P記本電腦和手機(jī)鋰離子電池方面的檢測(cè)已
經(jīng)有15年或更長(zhǎng)的時(shí)間了，如今消費(fèi)電子領(lǐng)域的一些頂級(jí)品牌都是我們的客戶。那些已經(jīng)在生產(chǎn)手機(jī)電池方面有經(jīng)驗(yàn)的制造商也
開始為電動(dòng)汽車生產(chǎn)更大的電池。這是一個(gè)巨大變化，也是事情變得有趣的地方?，F(xiàn)在市場(chǎng)上有著各種不同的幾何結(jié)構(gòu)、容量和封
裝的電池 - 這些電池形成的模組都需要電池管理系統(tǒng)。這是一個(gè)完全全新且多樣化的行業(yè)。
電池PHEV-1電芯的組裝（©ZSW/Waygate Technologies）
Q6現(xiàn)在誰在使用Waygate Technologies X射線照相和工業(yè)CT掃描解決方案套件？如何使用？
Tobias: 汽車制造商正在使用CT進(jìn)行故障分析。當(dāng)他們從故障車輛現(xiàn)場(chǎng)取回一塊電池時(shí)，他們做的第一件事就是對(duì)電池進(jìn)行CT檢
查。正如我們所知，僅僅是打開電池的動(dòng)作就可能損壞電池，而他們?cè)诓唤佑|任何東西的情況下就能獲得電池的全貌。CT檢查使
他們能夠證明故障在他們拆卸之前就存在。從安全角度來看，這也很重要。如果技術(shù)人員必須打開這樣的模塊，CT會(huì)向他們顯示
可以安全拆卸的位置。
Phoenix檢測(cè)系統(tǒng)讓電動(dòng)汽車制造商和電池制造商對(duì)電池的使用更安心。這一點(diǎn)之所以如此重要，最著名的例子是2021年一個(gè)美
國(guó)汽車品牌與一家全球電池供應(yīng)商之間的和解。其中某款車型制造的電池出現(xiàn)了嚴(yán)重問題，導(dǎo)致該車型被全部召回。發(fā)現(xiàn)是電池問
題后，雙方雖繼續(xù)保持合作，但達(dá)成了10億美元的賠償協(xié)議。由此，可以看到經(jīng)濟(jì)價(jià)值和聲譽(yù)問題。該案例證明了清楚地了解電
動(dòng)汽車電池的結(jié)構(gòu)完整性是多么重要 - 賠償金額都能購(gòu)買我們的大量的測(cè)試系統(tǒng)了！
電動(dòng)汽車和電池制造商目前使用的主要解決方案是Phoenix V|tome|x系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)不同客戶的需求提供不同版本。
有趣的是，我們一直看到電池生產(chǎn)線上出現(xiàn)新的電池故障。這是我們的CT系統(tǒng)真正能提供幫助的地方，可對(duì)整個(gè)電池進(jìn)行分析。
其他測(cè)試設(shè)備側(cè)重于故障形式的一個(gè)個(gè)檢測(cè)。它會(huì)對(duì)一個(gè)錯(cuò)誤進(jìn)行測(cè)試檢查，當(dāng)無錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)接著檢測(cè)一個(gè)新的故障形式。
而CT不會(huì)這樣檢測(cè)。在90%的情況下，我們的CT系統(tǒng)可以靈活、快速同時(shí)檢查這些新的故障形式。
在未來，我們希望更多地使用計(jì)算機(jī)輔助診斷?，F(xiàn)目前，我們需要的是圖像、體數(shù)據(jù)和訓(xùn)練有素的操作員，但我們的目標(biāo)是引入更
多人工智能(AI)。我們已經(jīng)在做這方面的工作，但它很復(fù)雜，因?yàn)殡姵嘏渲靡恢痹谧兓?/p>
電動(dòng)汽車電池組（©Waygate Technologies）
Q7下面聊聊車主相關(guān)的話題，隨著電動(dòng)汽車二手車市場(chǎng)的增長(zhǎng)，您如何看待這種檢測(cè)技術(shù)在電動(dòng)汽車維修中的應(yīng)用？
Tobias: 大電池有點(diǎn)像資本投資：你想確保它今天是安全可靠的，并跟蹤它在未來如何影響你汽車的價(jià)值。目前，我們的技術(shù)還沒
有在這個(gè)“服務(wù)電動(dòng)汽車”市場(chǎng)中使用，但它終將會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)闆]有其他方法可以看到這些黑匣子的內(nèi)部。
對(duì)于電動(dòng)汽車來說，沒有人能繞開電池，因?yàn)殡姵厥亲钣袃r(jià)值的部分。您能為電池做什么樣的保養(yǎng)呢？這個(gè)行業(yè)正在發(fā)生變化，
但我們可以做一點(diǎn)預(yù)測(cè)，汽車經(jīng)銷商將不會(huì)有做這種工作的設(shè)備。他們可以收集電氣數(shù)據(jù)，但拆卸電池組是另一回事。我認(rèn)為會(huì)有
第二層的服務(wù)中心出現(xiàn)，在服務(wù)中心他們會(huì)把你的電池拆卸下來，利用CT系統(tǒng)等技術(shù)檢查電池內(nèi)部。他們可以重新配置電池，也
可以檢查電池內(nèi)部后對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。
假設(shè)你有一輛車，開了三年，已經(jīng)過了保修期，但是你仍然想賣個(gè)好價(jià)錢，買家需要電池狀況的證明。這時(shí)候你可以去服務(wù)中心檢
測(cè)，并說，“這是我的電池掃描證明，我的車值這個(gè)價(jià)錢。”
服務(wù)中心還將能夠重新模擬模塊或重新組裝模塊，更換CT檢查發(fā)現(xiàn)的故障模塊，以使電池恢復(fù)滿容量。雖然購(gòu)置設(shè)備的費(fèi)用高
昂，但我相信那些配備了這些系統(tǒng)的人將成為電動(dòng)汽車生態(tài)系統(tǒng)的一部分。
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