电动汽车中的电池

携手开创未来

全球范围内,电动汽车市场快速增长。
2021年,电池电动汽车特斯拉Model 3首次成为欧洲最畅销的轿车。面对新能源汽车(NEV)日益增长的需求,制造商及其供应商必须加快工程研发设计及生产,而这对质量保证过程提出了新的挑战。电池是与电动汽车的安全性和结构紧密相关的组件。因此,客户期望更高的容量,即每次充电的续航里程更长。如果想要制造可靠、具有长期使用寿命的电池,制造商必须遵循最高的质量标准:由于广泛成像、分析和测量解决方案对电池研究以及电池和电池托盘的质量控制至关重要,必须按照严格的公差标准制造电池芯、模块和电池托盘。

电池是电动汽车的核心,制造商必须优先确保其质量,高度重视。” 

Albert Mo
新能源汽车解决方案技术中心负责人

电池的质量保证是一个复杂的过程:可采用不同的测量技术检查电池特性,例如材料、电极、电池芯、模块和电池托盘。

在开发电池时,使用工业显微镜分析微观结构和可能杂质。例如,蔡司Crossbeam扫描电子显微镜(SEM)可以使用离子束来切割样品表面到相关感兴趣区域,并在纳米尺度内对其进行分析。

此外,在生产过程中,主要使用X射线和计算机断层扫描(CT)系统对电池芯和模块进行无损分析。

电池托盘也称为电池载体,是新能源汽车的另一个重要部件。电池托盘不仅仅是一个部件,其完全集成到车身中,因此其稳定性也至关重要。在生产过程中,电池托盘需要经过多道质量关口,才能满足安全性要求,从而确保整车质量。

其中一个重要的质量关口是完成几何尺寸的检测。电池托盘的光滑度、装配精度和密封区域均会影响整个车身的尺寸精度。此外,电池模组还必须正确插入涂抹散热膏的舱室,以确保安全运行。

ATOS ScanBox可用于各种应用需求,直至对整个车身进行完整测量。

ATOS ScanBox可用于各种应用需求,直至对整个车身进行完整测量。

光学三维测量设备ATOS ScanBox搭配GOM Inspect Pro软件可自动扫描组件。其可从电池托盘和电池包本体获得一个孪生数字几何成像。所有相关特性检测,例如电池舱室的平滑度和连接孔的位置,只需几分钟就可以完成。用户可以将与过程相关的检测特征作为统计趋势进行评估,例如,识别由电池模组热变形造成的间隙宽度变化。最后,通过模拟展示托盘、模组和车身线束的虚拟装配,预测装配过程的质量。分析涵盖电池托盘生产的所有重要步骤:从铝挤压到铸造和焊接,再到铣削、钻孔和铆接过程。

特殊高效助力器:光学三维测量设备的软件使用组件的CAD数据对机器人位置和路径进行全自动示教编程。测量技术可追溯,并符合ISO 10360的要求。ATOS ScanBox可捕捉到低噪点的图形,即使在黑暗或闪光表面上也是如此。

蔡司新能源汽车解决方案

蔡司的广泛技术产品组合——测量、检验和数据传输可为质量保证的每个过程步骤提供专业的解决方案。使用光学、电 子和X射线显微镜、计算机断层扫描(CT)系统、三坐标测量机和光学三维测量设备对部件的结构、组成和尺寸精度进行检 验,以提高和确保新能源汽车的安全性、可靠性和电池容量。

电池生产中的计算机断层扫描系统

为了满足新能源汽车续航里程的更高需求,必须在不增加其重量和尺寸的情况下提高电芯的能量密度。因此,在无损检验期间应使用更全能的“X射线”来解决日益增长的密度需求测量。此外,需检查的细节也变得十分微小,时至今日,一些部件特征几乎只有10微米。

蔡司VoluMax 9 titan和蔡司METROTOM 1500等CT系统对电池模组等致密部件执行一致性验证的X射线扫描。它们可以生成非常高分辨率的3D体积数据集,从而展现致密组件中的隐藏缺陷,例如电极缺陷、堆叠偏差、对齐度、壳体孔隙和颗粒污染。这些都是重大的安全风险,最终产品中必须无上述缺陷。CT系统只需一次X射线扫描即可有效完成复杂的测量和检查任务。这对于电池容量和安全性都是必不可少的。

电池开发中的扫描电子显微镜:蔡司Crossbeam将高分辨率场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)的成像和分析能力与聚焦离子束(FIB)的处理功能相结合。