Elektrofahrzeug-Batterien und die Rolle des 3D-Scans bei der Inspektion

Elektrofahrzeuge verändern die Automobilbranche rasant. Sie tragen durch geringe oder keine Emissionen während des Betriebs zu sauberer Luft bei. Im Gegensatz zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor (ICE), die Schadstoffe ausstoßen, helfen EVs, Luftverschmutzung zu bekämpfen und den Klimawandel zu mildern.

Dieser Wechsel von Verbrennungsmotoren zu Elektroantrieben bringt aufgrund der grundsätzlichen Unterschiede der beiden Antriebssysteme einzigartige Herausforderungen mit sich. Daher ist es für Hersteller und Zulieferer unerlässlich, die hohe Qualität von Batteriesystemen sicherzustellen, während sie ihre Forschungs-, Entwicklungs- und Produktionsprozesse für EVs beschleunigen.

Die Batterie eines Elektrofahrzeugs dient als wiederaufladbares Energiespeichersystem, das die Elektromotoren antreibt. Diese Batterien sind meist Lithium-Ionen-Typen, ausgelegt auf ein hohes Leistungsgewicht und Energiedichte, was maßgeblich zur Gesamtleistung des Fahrzeugs beiträgt.

EV-Batteriepacks bestehen aus mehreren kritischen Komponenten, darunter Batteriemodule, Thermomanagementsysteme, Batteriemanagementsysteme (BMS), elektrische Verbinder und strukturelle Elemente. Zu den strukturellen Komponenten zählen insbesondere der Batterierahmen, die obere Abdeckung und der Träger des Batteriepakets. Sie bilden das Gerüst des Packs und gewährleisten Sicherheit sowie strukturelle Integrität. Mit der steigenden Nachfrage nach EVs wird die sorgfältige Inspektion und Qualitätskontrolle dieser Komponenten immer wichtiger, um optimale Leistung und Sicherheit im Straßenverkehr sicherzustellen.

Anwendung von 3D-Scannern bei der Inspektion von EV-Batterien

Batterierahmen
Der Batterierahmen ist ein kritisches Strukturelement, das Batteriemodule und deren unterstützende Systeme beherbergt. Eine korrekte Passung und Ausrichtung sind wichtig, um Montageprobleme, elektrische Störungen und Wärmeübertragungsprobleme zu vermeiden. Der Rahmen besteht aus mehreren Bauteilen, darunter Seitenführungen und Querträger. Wichtige Messpunkte sind die Positionen von Befestigungsbohrungen, Schweißstellen und Aussparungen, um relevante Maße und Positionsgenauigkeit zu ermitteln.

Batterierahmen sind groß und werden häufig unter schwierigen Bedingungen in der Werkhalle gefertigt. Traditionelle Methoden sind zeitaufwendig und können nicht das gesamte Bauteil aus einer Position erfassen. Tragbare 3D-Laserscanner, die unempfindlich gegenüber Umgebungsbedingungen wie Vibrationen und Temperaturschwankungen sind, sind hier erforderlich.

Der tragbare 3D-Scanner KSCAN-Magic kann vor Ort 3D-Scans durchführen und präzise Messergebnisse liefern. Er erfasst Daten schneller als herkömmliche Verfahren mit einer Messrate von bis zu 4,15 Millionen Messpunkten pro Sekunde. Das in diesem Gerät integrierte Photogrammetriesystem verfügt über eine Aufnahmefläche von 3760 mm × 3150 mm. Diese Funktion reduziert effektiv kumulative Fehler bei großflächigen Messungen und sorgt so für hohe Volumengenauigkeit.

• Batterieabdeckung und -träger

Aufgrund ihrer beträchtlichen Größe und strengen Qualitätsanforderungen spielen die Batterieabdeckung und der Batterieträger eine entscheidende Rolle bei der Sicherstellung der Dichtheit und Montagequalität der Batterie. Um Sicherheitsrisiken zu minimieren, ist eine umfassende Inspektion des Profils, der Ebenheit, Parallelität und Abmessungen unerlässlich. Besonders die Breite des Batterieträgers und der Abdeckung überschreitet typischerweise 1,6 Meter, was die präzise Messung mit herkömmlichen Methoden erschwert.

Das optische 3D-Messsystem TrackScan-Sharp von SCANOLOGY verfügt über ein großes Messvolumen von bis zu 49 m³ und ist somit in der Lage, großformatige Bauteile zu vermessen. Das bedeutet, dass das 3D-Messsystem große Datenmengen aus einer Position erfassen kann, wodurch die Inspektionszeit verkürzt wird und häufiges Umpositionieren der Tracker entfällt. Zudem erfasst es schnell Details der Bauteile und liefert hochpräzise 3D-Daten.

Um die Montagequalität sicherzustellen, können Hersteller außerdem vor und nach der Montage Verformungsinspektionen und -analysen an Trägern und Abdeckungen durchführen.

• Bohrungen im Batterieträger

Bei der Inspektion der Bohrungen im Batterieträger liegt der Fokus hauptsächlich auf der Position und dem Durchmesser der Löcher, die in verschiedenen Größen und Ausführungen vorkommen.

Das optische 3D-Messsystem TrackScan-Sharp kann für eine präzise und effiziente Bohrungsinspektion eingesetzt werden. Dieses System bietet eine schattenfreie Lichtkanteninspektion, unterstützt durch hochpräzise Grauwertmessung. Damit können Anwender geschlossene Merkmale, insbesondere Gewindebohrungen, sorgfältig überprüfen. Das System garantiert genaue und reproduzierbare Messergebnisse inklusive Positions- und Durchmesserdaten. Zusätzlich erfasst es wichtige 3D-Daten bezüglich Position, Durchmesser und Abstand der Löcher.

Zur Beurteilung der Positionsgenauigkeit von Gewindeinstallationslöchern können spezielle hochpräzise Gewindehilfssäulen verwendet werden. Diese Säulen passen sich verschiedenen Gewindegrößen (wie M5, M8 und M10) an und ermöglichen dem 3D-Scanner, präzise Daten der Gewindebohrungen besser zu erfassen. Wenn die Genauigkeitsanforderung nicht allzu hoch ist, kann alternativ auch ein 3D-Scanner verwendet werden, um die Lochposition sowie die Außenfläche des Zylinders zu scannen und so die Positionsgenauigkeit der Gewindebohrungen zu bestimmen.

• Batteriemanagementsystem (BMS）

Das Management- und Steuerungssystem der Batteriezellen ist die Kernkomponente der Batterie und erfordert eine präzise Installation. Während des Montageprozesses kann eine Sonde zur Detektion und Analyse eingesetzt werden, um die Genauigkeit der Installation sicherzustellen.

Arbeitsablauf für 3D-Scannen

• Zunächst Marker am Bauteil anbringen. Beim Einsatz optischer 3D-Messsysteme sind Marker jedoch nicht erforderlich.
• Anschließend das gesamte zu prüfende Bauteil kontaktlos mittels 3D-Laserscannen
• Die 3D-Daten des Bauteils in einer 3D-Software verarbeiten.
• Abschließend die Daten mit dem StandardCAD-Modell vergleichen, um an jeder Position Maßabweichungen zu identifizieren.
• Dieser Prozess ermöglicht eine schnellere Erfassung präziser Daten und verbessert die Inspektionseffizienz.

Vorteile des 3D-Laserscannen

Hohe Präzision
3D-Scanner bieten detaillierte Einblicke in die komplexen Strukturen von Batterien für Elektrofahrzeuge (EV) und gewährleisten Sicherheit, Zuverlässigkeit und Spitzenleistung über die gesamte Lebensdauer. Mit einer beeindruckenden Genauigkeit von bis zu 0,020 mm tragen diese Messverfahren entscheidend zur hohen Qualität der Batterieprüfung bei.

Effizienz
Dank einfacher Bedienung und schneller Messrate sind 3D-Scanner bei der Vermessung von EV-Batterien äußerst effizient. Die Fähigkeit, detaillierte 3D-Daten schnell zu erfassen, ermöglicht präzise Bewertungen der Batteriebestandteile, einschließlich Form, Abmessungen und möglicher Defekte. Ob in Forschung und Entwicklung, Fertigung oder Qualitätskontrolle – 3D-Scannen optimiert den Messprozess, steigert Genauigkeit und Produktivität.

Vollständiges 3D-Scannen
3D-Scannen ist die optimale Wahl für eine umfassende Messung zur Erstellung eines digitalen Zwillings von Komponenten. So erfassen Ingenieure jedes noch so kleine Detail ohne Auslassungen und erhalten eine vollständige und präzise Abbildung des Bauteils zur genauen Analyse und Qualitätssicherung.

Umfassende Daten
Diese umfassenden 3D-Daten können für tiefgehende Analysen gespeichert werden. Sie bieten einen vollständigen Überblick über den Zustand des Bauteils und ermöglichen Ingenieuren eine gründliche Qualitätsprüfung. Darüber hinaus können Anwender die Form- und Lagetoleranzen (GD&T) des Bauteils leicht erkennen.