Metrologische Computertomografie zur seriennahen Anwendung an grossformatigen Batteriezellen zur Qualitats- und Funktionsbewertung

摘要

Bei Elektrofahrzeugen steckt ein erheblicher Teil der Wertschopfung in den darin verbauten Energiespeichern - den Lithium-Ionen-Batterien (LiB). Zusatzlich kommen LiB vermehrt als stationare Speichersysteme zum Einsatz. Deren Qualitatskontrolle ist unabdingbar fur den sicheren Betrieb sowie die Reduzierung der Herstellungskosten. Eine Moglichkeit der zerstorungsfreien Qualitatssicherung, speziell von gefertigten LiB, ist die Rontgencomputertomografie (CT). Die CT bietet potentiell die Moglichkeit, Prufungen der jeweiligen Montagezustande der Zellfertigung vorzunehmen. In dieser Arbeit wurde gepruft, in wie weit sich die CT zur Detektion von Defekten (z.B. geometrische Abweichungen, Teleskopierung) zur Ausschussre-duzierung und zur fertigungsnahen Qualitatsbewertung grossformatiger LiB anwenden lasst. Hierfur werden sicherheitsrelevante Prufmerkmale der LiB untersucht, durch diverse Tomografien dargestellt und analysiert. Sicherheitsrelevante Prufmerkmale sind beispielsweise der Verlauf der Elektrodenstapel bzw. -wickel, deren Abstande hin zu Gehausewandungen und Ableiterblechen der Elektrodenkontaktierungen und Poren in den Schweissnahten. Die Herausforderung hierbei ist der Kompromiss aus moglichst artefakt- und rauscharmen dreidimensionalen Darstellungen der aus verschiedenen Materialien und damit einhergehenden unterschiedlichen Schwa-chungskoeffizienten bestehenden Komponenten bei moglichst geringen Scanzeiten. Die relativ grossen Prufvolumina grossformatiger LiB erfordern hochaufgeloste Komplettscans mit hohen Messzeiten. Es sollen aber auch Ansatze zur Messzeitreduzierung und deren Auswirkungen auf die Messgenauigkeit evaluiert werden. Bei lokalen Tomografien konnen die Anoden- und Kathodenfolien im rekonstruierten 3D-Modell voneinander unterschieden und sogar die elektrisch isolierenden Separatormembranen dargestellt werden. Die gewonnenen CT-Volumendaten der grossformatigen LiB lassen sich mit CAD-Modelldaten abgleichen, alternativ gibt es auch die Moglichkeit CT-Volumendatensatze direkt miteinander abzugleichen.