無損可視化檢測 - 動力電池的CT應用
Waygate Technologies的電子器件檢測技(ji)術總監Tobias Neubrand博士解釋了如今的工業射線(xian)照相和計算機斷層掃(sao)描(CT)系統
如何(he)改變著電(dian)池的無損檢測(ce)；為(wei)什么無損檢測(ce)是(shi)當今(jin)快速增長的電(dian)動汽車(che)(EV)和電(dian)動交通制造行業以及未來二手電(dian)動汽車(che)銷(xiao)售商的
迫切需求。
顯示電池極卷整齊度結果的(de)工業CT掃(sao)描（©VG/Waygate Technologies）
Q1您能先談談目前電池的情況，再從技術角度概述一下電動汽車電池的發展嗎？
Tobias: 從研發(fa)的角度來看，鋰離(li)子電芯(xin)技術的應用已(yi)經成熟，并且或(huo)多或(huo)少處于(yu)發(fa)展的末期。
制造商面臨的下一個障礙是實現大(da)規模生產中仍然保持這(zhe)些電(dian)池的可靠性和高品質，并降低(di)成本(ben)。
在實驗室(shi)里小批量(liang)試制(zhi)時(shi)，一切正常。但當(dang)你將其投入(ru)大(da)規模生產時(shi)，就會出現一些問題(ti)。
例如(ru)他們可(ke)能(neng)使用來自不同供應商的化學材(cai)料，這(zhe)可(ke)能(neng)會(hui)導致(zhi)電芯在(zai)自動(dong)化大規模生產過(guo)程(cheng)中(zhong)出現故障。
所(suo)有供應商之(zhi)間沒有共同的(de)(de)(de)標準，當電芯在某(mou)個(ge)測試點未通過測試并從生(sheng)產線移除時，產生(sheng)的(de)(de)(de)廢(fei)料是一個(ge)大(da)的(de)(de)(de)成本問(wen)題。
比(bi)如二維X射線(xian)照相系統已經(jing)在車間中使用，可以測試(shi)出20%的(de)電芯(xin)(xin)為壞電芯(xin)(xin)。我們可以使用三(san)維CT技(ji)術進行更(geng)詳細的(de)檢查，更(geng)準
確(que)地評估電芯。這可以快速完成測試，并減(jian)少故(gu)障測試失敗率，減(jian)少廢料(liao)。
Tobias Neubrand博士
電子器件檢測技術總監
Waygate Technologies
Q2“廢料”怎么處理呢？
Tobias: 廢(fei)料不(bu)是(shi)廢(fei)棄(qi)物 - 它是(shi)未來的原材(cai)料。它能夠(gou)直(zhi)接進入回收步驟(zou)。電(dian)芯生產中百(bai)分之幾的失效(xiao)電(dian)芯都可以進入回收步驟(zou)成
為未來新電芯(xin)生產(chan)(chan)的(de)原材料。如果你把它想(xiang)象成一條餅干(gan)生產(chan)(chan)線(xian)，你就會(hui)發現問(wen)題。如果你每生產(chan)(chan)十塊(kuai)餅干(gan)其中都(dou)有兩(liang)塊(kuai)是(shi)壞(huai)的(de)，
那么你就沒有足夠的好餅干去填滿一整(zheng)盒。這就是這些(xie)電(dian)池制造商面臨的問(wen)題。每一個被測試為(wei)失效的電(dian)芯(xin)都會降(jiang)低(di)整(zheng)體的生(sheng)產效
率并增加了生產成本。
Q3為什么擁有成熟的技術，鋰離子電池電芯的故障率仍然很高？
Tobias: 這是由電動(dong)汽(qi)車(che)市場(chang)驅動(dong)的(de) - 每個人都想要一輛動(dong)力更(geng)(geng)強大、續航里程(cheng)更(geng)(geng)長(chang)的(de)汽(qi)車(che)，汽(qi)車(che)制造商正在將其整個產(chan)品組(zu)合轉
向(xiang)電(dian)動汽車。這使得(de)正在(zai)生產的(de)電(dian)池(chi)電(dian)芯種類繁多。五花八門(men)的(de)電(dian)芯對(dui)于一個(ge)仍(reng)然在(zai)收集各種問(wen)題數據的(de)新興大規(gui)模(mo)生產領域，就
會(hui)是(shi)持續的學習(xi)過程。在未(wei)來，這些制(zhi)造商將會(hui)有(you)過程控(kong)制(zhi)統計，但現在它處于初始階段，該過程控(kong)制(zhi)正(zheng)(zheng)在改(gai)進，他們正(zheng)(zheng)在創(chuang)建數
據(ju)庫，以(yi)便他們可以(yi)回溯哪里發生(sheng)了問題。每次你改變一(yi)些東(dong)西，就會重(zhong)新建立你的學習曲線。
你(ni)(ni)(ni)發現稍微好一點的(de)化學工藝，這也(ye)許使你(ni)(ni)(ni)優于你(ni)(ni)(ni)的(de)競(jing)爭對手，所(suo)以你(ni)(ni)(ni)會(hui)再次(ci)對此進行(xing)優化。接下來，你(ni)(ni)(ni)想要制造(zao)一個跑車電池，
現(xian)在(zai)需(xu)要(yao)做一(yi)個不同尺寸的設計。這是這個行業現(xian)在(zai)所(suo)處的一(yi)種循環。
缺陷軟包電芯的工業CT掃(sao)描(miao)（©Waygate Technologies）
Q4為什么CT電池檢查對電動汽車行業如此重要？
Tobias: 想想家用電(dian)器的小電(dian)池(chi)結構(gou)，對于(yu)大型汽車(che)電(dian)池(chi)也是如此。電(dian)池(chi)完成制成時就被密封了(le)，你再(zai)也看不(bu)到里(li)面(mian)了(le) - 它就像一
個(ge)黑匣子。你(ni)可以測試電流，但你(ni)不(bu)知(zhi)道它內部結(jie)構的(de)真正(zheng)完整性。汽車制造(zao)商(shang)使用檢(jian)測技術來檢(jian)查(cha)他們從電池(chi)制造(zao)商(shang)那里購(gou)買的(de)
電(dian)池。如果出現問(wen)題(ti)，他們希(xi)望能夠確切(qie)地知(zhi)道故障所(suo)在：是他們自(zi)己的問(wen)題(ti)，還(huan)是電(dian)池制(zhi)造商的問(wen)題(ti)？
2016年(nian)三星Note 7手機起火爆炸事件(jian)使人們開始(shi)關注鋰離子電池的安全性，當時如果你持有的是(shi)Note 7手機，就(jiu)無法乘(cheng)坐飛機。
在這種情(qing)況下，CT檢查在故障(zhang)分析中很重要(yao) - 它(ta)會展示(shi)電池缺陷的根本原(yuan)因，即包裝(zhuang)(zhuang)電極材料的幾何形狀。電極材料安裝(zhuang)(zhuang)在包裝(zhuang)(zhuang)
膜內再安(an)裝到手(shou)機中，由于其安(an)裝空間非常有限，在某(mou)些地(di)方，角(jiao)度如果太(tai)尖銳(rui)，電(dian)極材(cai)料就出現斷裂。一(yi)旦電(dian)極材(cai)料出現物(wu)理損
傷，他們可能會在電芯造成短路，導致起火。
用(yong)于電動汽車或儲能的電池(chi)包由多塊電池(chi)模(mo)(mo)組組成，每(mei)個(ge)(ge)模(mo)(mo)組由多個(ge)(ge)電芯(xin)組成。當在電芯(xin)層面上進行電池(chi)檢查時，工(gong)程師們會查看
常見的缺陷(xian)比如夾雜(za)物、電極均勻性、內部連接(jie)（焊接(jie)）、電極在(zai)電芯(xin)中的位(wei)置。如果(guo)我們更(geng)仔細地觀察這種幾何結構的空間(jian)分
布，他們(men)會(hui)分析電極(ji)之(zhi)間的(de)(de)距離、它們(men)彼此的(de)(de)大小和方向、它們(men)與包裝膜壁(bi)的(de)(de)距離以(yi)及它們(men)的(de)(de)角度。你可以(yi)用二維(wei)X射線照相系統
透(tou)視進行簡單的(de)檢查，但無法得到完整的(de)信息，通常(chang)只有一或(huo)兩個故(gu)障(zhang)形式可見(jian)。有了CT，你可以看到密封的(de)電芯關(guan)鍵(jian)部位的(de)全
貌，為(wei)此(ci)，CT在檢(jian)查(cha)手機電池方面也非常有用。
Q5您和Waygate Technologies的團隊什么時候開始進行電動汽車電池無損檢測？
Tobias: 隨(sui)著(zhu)電動(dong)汽車的(de)大規模生產，使(shi)用CT檢查電動(dong)汽車電池變(bian)得非常(chang)重要。我們在筆記本(ben)電腦和(he)手機(ji)鋰離(li)子電池方面的(de)檢測已
經有15年(nian)或更長(chang)的時間了，如今消費電子領域的一些頂級品(pin)牌都是我們的客戶。那些已(yi)經在(zai)生產手機電池方面有經驗的制造商也
開(kai)始為電(dian)(dian)動汽車生產(chan)更大(da)的電(dian)(dian)池。這是(shi)一個巨大(da)變化，也(ye)是(shi)事(shi)情變得有趣的地方。現在(zai)市場上有著各種不(bu)同的幾何結構、容量和封
裝的電池 - 這(zhe)些電池形成的模組都需要電池管理系統。這(zhe)是一個完全(quan)全(quan)新且(qie)多樣化的行業。
電池PHEV-1電芯的(de)組裝（©ZSW/Waygate Technologies）
Q6現在誰在使用Waygate Technologies X射線照相和工業CT掃描解決方案套件？如何使用？
Tobias: 汽車(che)(che)制造商正在使(shi)用CT進行(xing)故(gu)障(zhang)分析。當(dang)他們(men)從故(gu)障(zhang)車(che)(che)輛(liang)現場取回一(yi)塊電(dian)池時，他們(men)做的(de)第一(yi)件事就是對電(dian)池進行(xing)CT檢
查。正如(ru)我們所知，僅僅是(shi)打開電(dian)池(chi)的(de)動作就可能(neng)損壞電(dian)池(chi)，而他們在(zai)不接(jie)觸(chu)任(ren)何東西的(de)情況下就能(neng)獲(huo)得電(dian)池(chi)的(de)全貌(mao)。CT檢查使
他(ta)們能夠證(zheng)明故障(zhang)在他(ta)們拆卸之前(qian)就存在。從安全角度來看，這也(ye)很重要。如(ru)果技(ji)術人員必須打開這樣的模塊(kuai)，CT會向他(ta)們顯示
可以安全拆卸的(de)位置。
Phoenix檢測系統讓電(dian)動(dong)汽車制(zhi)造商和電(dian)池制(zhi)造商對電(dian)池的使(shi)用更安心。這一點之所以如此重(zhong)要(yao)，最著名的例子是2021年一個美
國汽(qi)車品牌與(yu)一家(jia)全球電池供應商之(zhi)間的和解。其中某款車型(xing)制造的電池出現(xian)了嚴重問(wen)題(ti)，導致該(gai)車型(xing)被全部(bu)召回。發現(xian)是電池問(wen)
題(ti)后，雙方雖繼續保持(chi)合作，但達成了10億美元的賠償協議。由此，可以看到(dao)經(jing)濟(ji)價值和聲譽問題(ti)。該案例證明了清楚地了解電
動汽車電(dian)池的結構完整性是多么(me)重要 - 賠(pei)償金額(e)都能購(gou)買我(wo)們的大量的測試系統了！
電(dian)動汽車(che)和(he)電(dian)池制造商目前(qian)使用的主要解決方案是Phoenix V|tome|x系統(tong)，該系統(tong)根據不(bu)同(tong)客戶的需求(qiu)提(ti)供不(bu)同(tong)版本(ben)。
有趣(qu)的是，我們(men)一直看到(dao)電池生產線上出現新的電池故障(zhang)。這(zhe)是我們(men)的CT系統真正能提供(gong)幫(bang)助的地(di)方，可對整(zheng)個電池進行分(fen)析。
其他測試設備側(ce)重于故(gu)障形式(shi)(shi)的一個(ge)個(ge)檢(jian)(jian)測。它會對一個(ge)錯(cuo)誤進行測試檢(jian)(jian)查，當無錯(cuo)誤時(shi)，會接著檢(jian)(jian)測一個(ge)新的故(gu)障形式(shi)(shi)。
而CT不會這樣檢(jian)測。在90%的情況(kuang)下，我們的CT系統(tong)可以靈活、快(kuai)速同時檢(jian)查(cha)這些(xie)新的故障形式。
在未來(lai)，我們(men)希望更多地使用(yong)計算機輔助診斷(duan)。現目(mu)前，我們(men)需(xu)要的(de)是圖像、體(ti)數據和訓練有(you)素的(de)操作員，但我們(men)的(de)目(mu)標是引入更
多人工(gong)智能(AI)。我們已經在(zai)做這(zhe)方面的工(gong)作，但它(ta)很(hen)復雜，因為電池配置一直在(zai)變化。
電動汽車電池(chi)組（©Waygate Technologies）
Q7下面聊聊車主相關的話題，隨著電動汽車二手車市場的增長，您如何看待這種檢測技術在電動汽車維修中的應用？
Tobias: 大電池有點像資本投(tou)資：你想確保它(ta)今天是安(an)全可靠的(de)，并跟(gen)蹤它(ta)在未來如何影響你汽車的(de)價(jia)值。目前，我們(men)的(de)技術還沒
有在這個“服務電動汽(qi)車(che)”市(shi)場中使(shi)用，但它終將會出現，因為沒有其他方(fang)法可以(yi)看(kan)到這些黑匣子的內部。
對于電(dian)動汽車來說(shuo)，沒有人能(neng)繞開電(dian)池(chi)，因為電(dian)池(chi)是最有價(jia)值的部分。您能(neng)為電(dian)池(chi)做什(shen)么樣的保(bao)養呢？這個行業(ye)正在(zai)發生變(bian)化(hua)，
但我(wo)們可以做一點預測(ce)，汽車(che)經(jing)銷商將不會(hui)有做這種工作的設(she)備。他(ta)們可以收集電氣數(shu)據，但拆卸(xie)電池組是(shi)另一回(hui)事(shi)。我(wo)認為會(hui)有
第(di)二(er)層(ceng)的(de)服務中心出現，在(zai)服務中心他們(men)會把(ba)你的(de)電池拆卸下來，利用(yong)CT系統等技術檢查(cha)電池內部(bu)。他們(men)可以(yi)重(zhong)新配置電池，也
可以檢查電(dian)池內部后對其進(jin)行評估(gu)。
假(jia)設(she)你(ni)有一輛車，開(kai)了(le)(le)三年，已經過了(le)(le)保修期，但是(shi)你(ni)仍(reng)然(ran)想(xiang)賣個(ge)好價錢，買家需要電(dian)池(chi)狀(zhuang)況的證(zheng)明。這(zhe)時(shi)候你(ni)可以去(qu)服務中心(xin)檢
測，并說(shuo)，“這(zhe)是我的(de)電池掃描證明，我的(de)車值這(zhe)個(ge)價(jia)錢(qian)。”
服務中心還將能夠(gou)重(zhong)新模擬(ni)模塊或(huo)重(zhong)新組(zu)裝模塊，更換CT檢查發現的(de)故(gu)障模塊，以使電(dian)池恢復滿容量。雖(sui)然購置設備的(de)費用(yong)高
昂(ang)，但我相信那些配備了(le)這些系(xi)統的人將成為電(dian)動汽車生態系(xi)統的一部分。
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