Die Elektrifizierung von Fahrzeugen treibt einen massiven Wandel in der Automobilindustrie und darüber hinaus voran. Ein entscheidender Faktor für diesen Wandel liegt in der Verfügbarkeit und Produktion besserer Batterien. Noch nie hatte eine Komponente so weitreichende Auswirkungen auf die Qualität, Sicherheit und Leistung des Endprodukts. Vor diesem Hintergrund arbeiten NI und das Battery Innovation Center (BIC) zusammen, um die Qualität und den Ertrag von Batterien durch Forschung zur Testnutzung im Batterieherstellungsprozess und durch ein effektives Management von Testdaten während des gesamten Batterielebenszyklus zu verbessern.
Batterien stellen aufgrund ihrer unterschiedlichen Abdeckungsanforderungen eine besondere Herausforderung beim Testen dar. „Man könnte argumentieren, dass das Testen einer Batterie dem Untersuchen des menschlichen Körpers ähnlicher ist als dem Testen einer Leiterplatte“, sagte Ben Wrightsman, CEO von BIC, auf der Konferenz NI Connect 2023. „Genau wie Menschen verhalten sich auch Batterien dynamisch, da sich ihr Zustand je nach Umgebung und Nutzung ändert, und jede Batterie verhält sich ein wenig anders.“ Darüber hinaus gibt es Batterien in einer Vielzahl von Formfaktoren, Größen, chemischen Zusammensetzungen und Kapazitäten, sodass Testsysteme erforderlich sind, die nicht nur eine hohe Leistung, sondern auch eine unglaubliche Flexibilität bieten.
Um die Vorgänge im Innern einer Zelle wirklich zu verstehen und so Qualitätsziele zu erreichen und letztendlich Fehler zu minimieren, werden fortschrittlichere Messlösungen benötigt. Die Industrie hat sich bislang auf veraltete Testmethoden verlassen, die als überwiegend manuell, mit begrenztem Abdeckungsbereich und nicht mehr zeitgemäß bezeichnet werden können. Letztendlich liefern diese Methoden keine ausreichenden Erkenntnisse und erfordern signifikant lange Testzeiten. Um diese Herausforderungen zu meistern und bessere Batterien zu entwickeln, hat NI eine Qualitätsprüfungslösung für Batteriezellen entwickelt, die auf der modularen PXI-Hardwareplattform und offenen Softwareumgebungen basiert. Durch genaueres und umfassenderes Profilieren der Impedanz der Zelle mithilfe von Verfahren wie AC-IR, DC-IR und EIS hilft diese Lösung Ingenieuren, das Verhalten einer Zelle mit höherer Genauigkeit, bei höheren Geschwindigkeiten und bei geringerer Gesamtfläche besser zu verstehen.
Fortgeschrittene Testmethoden allein reichen jedoch nicht aus. Die Skalierung dieser Techniken vom Labor auf die Produktionsumgebung ist mit einer Reihe von Herausforderungen verbunden. Die Herstellung von Batterien kann ein zeitaufwendiger Prozess sein, der mehrere Tage oder sogar Wochen dauern kann und zahlreiche Schritte umfasst, die zu Fehlern führen können. Ziel ist es, die Fertigungszeit von Wochen auf Stunden oder Tage zu verkürzen und gleichzeitig die Fehlerquellen zu minimieren. Um dies zu erreichen, ist eine Abkehr von der ausschließlichen Durchführung von End-of-Line-Tests erforderlich. „Durch die Zusammenarbeit mit BIC erforschen wir innovative Methoden für Tests während des gesamten Batterieherstellungsprozesses, damit wir Fehler früher und näher am Entstehungsort finden können“, sagt Eli Kerry, EV Battery Strategy Lead bei NI.
Eli Kerry, NI Battery Strategy Lead, stellt auf der NI Connect 2023 eine Lösung für den Batteriezellentest von NI vor.
Angesichts des Umfangs der Batterieproduktion wird die Integration weit verbreiteter Test- und Messfunktionen zu einem komplexen Unterfangen. Es werden Tausende von Test- und Messknoten benötigt, die ein optimiertes Test-Asset-Management erfordern. Vernetzte und intelligente Testsysteme stellen die Lösung bereit und ermöglichen eine effektive Orchestrierung, Steuerung und Verwaltung aller Endpunkte. Dies bedeutet, dass jeder in einem Unternehmen überall auf der Welt auf Test-Assets zugreifen, diese verwalten und aktualisieren kann. Durch die Nutzung vernetzter Systeme können neue Testmesstechniken eingesetzt werden, mit denen sich wertvolle Daten aus verschiedenen Herstellungsprozessen extrahieren lassen.
Wir forschen an innovativen Methoden für Tests während des gesamten Batterieherstellungsprozesses, damit wir Fehler früher und näher am Entstehungsort finden können.
—Eli Kerry, EV Battery Strategy Lead, NI
Letztendlich liegt der Schlüssel zum Bau besserer Batterien in den erzeugten Daten und ihrem Wert über den gesamten Lebenszyklus der Batterie. Batteriehersteller und OEMs konzentrieren sich zunehmend darauf, das Potenzial der Daten voll auszuschöpfen, da sie erkennen, dass dieses über die Ergebnisse eines einzelnen Tests hinausgeht. Der wahre Wert liegt in der Fülle an Daten, die über den gesamten Lebenszyklus jeder Batterie und über alle Fertigungsaktivitäten hinweg gewonnen werden. Die Nutzung dieser Daten durch fortschrittliche Modellierungstechniken ermöglicht es Herstellern, die Eigenschaften jeder Batteriezelle besser zu verstehen. Diese Evaluierungen sind entscheidend für die Verbesserung von Ertrag und Qualität und ebnen den Weg für die nächste Generation von Hochleistungsbatterien.
Die Zusammenarbeit zwischen dem BIC und NI ebnet den Weg zur Entwicklung besserer Batterien.
