Nhìn, nhưng đừng chạm vào – CT kiểm tra pin xe điện

Trong bài viết sau, Tiến sĩ Tobias Neubrand, Giám đốc Kỹ thuật Kiểm tra Điện tử tại Waygate Technologies, một doanh nghiệp của Baker Hughes  và là công ty hàng đầu thế giới về các giải pháp kiểm tra công nghiệp, giải thích cách các hệ thống chụp X quang công nghiệp và chụp cắt lớp vi tính (CT) tiên tiến đang cách mạng hóa  việc kiểm tra pin không phá hủy , và tại sao đó là nhu cầu cấp thiết đối với lĩnh vực sản xuất Xe điện (EV) và eMobility đang phát triển nhanh hiện nay cũng như đối với những người bán xe điện đã qua sử dụng trong tương lai.

Trả lời: Từ góc độ R&D, công nghệ được sử dụng trong các tế bào lithium-ion đã trưởng thành và ít nhiều đang ở giai đoạn cuối của quá trình phát triển. Rào cản tiếp theo đối với các nhà sản xuất là đạt được sản xuất hàng loạt chất lượng cao, đáng tin cậy của các tế bào này để giảm chi phí. Trong phòng thí nghiệm, tất cả đều hoạt động tốt, nhưng khi bạn đưa nó vào sản xuất hàng loạt, có một số vấn đề. Ví dụ, họ có khả năng làm việc với hóa chất từ ​​các nhà cung cấp khác nhau, điều này có thể dẫn đến lỗi trong quá trình sản xuất hàng loạt tế bào tự động.

Không có tiêu chuẩn chung giữa tất cả các nhà cung cấp và một vấn đề lớn về chi phí là phế liệu, khi các tế bào bị lỗi tại một điểm kiểm tra nhất định và bị loại bỏ khỏi dây chuyền. Các hệ thống X-quang 2D đã có sẵn trong xưởng và có thể kiểm tra, chẳng hạn như 20% tế bào là tế bào xấu. Chúng ta có thể sử dụng công nghệ 3D CT để kiểm tra chi tiết hơn và đánh giá tế bào chính xác hơn. Điều này có thể được thực hiện nhanh chóng, giảm các thử nghiệm lỗi sai và giảm phế liệu.

Trả lời: Phế liệu không phải là chất thải – nó là nguyên liệu thô của tương lai. Nó đi trực tiếp vào quá trình tái chế. Bạn mất một vài điểm phần trăm và đó là một nguồn tốt để sử dụng cho các ô mới. Nhưng nếu bạn nghĩ nó giống như một dây chuyền nướng bánh, bạn sẽ thấy vấn đề. Nếu trong số 10 chiếc bánh quy bạn sản xuất, có 2 chiếc bị hỏng và bạn không có đủ chiếc tốt để lấp đầy hộp của mình. Đó là điều mà các nhà sản xuất này đang phải đối mặt. Mỗi tế bào được kiểm tra là một tế bào xấu sẽ làm giảm hiệu quả và tăng chi phí.

Trả lời: Nó đang được thúc đẩy bởi thị trường xe điện – mọi người đều muốn có một chiếc xe mạnh mẽ hơn với phạm vi hoạt động dài hơn và các nhà sản xuất xe hơi đang thay đổi toàn bộ danh mục đầu tư của họ sang xe điện. Điều này đang thúc đẩy rất nhiều sự đa dạng trong các tế bào pin đang được sản xuất. Khi bạn thêm giống này vào một lĩnh vực sản xuất hàng loạt mới nổi vẫn đang thu thập dữ liệu về vấn đề nằm ở đâu, thì sẽ có quá trình học tập liên tục. Trong tương lai, các nhà sản xuất này sẽ có quyền kiểm soát quy trình thống kê, nhưng hiện tại nó còn quá mới và các quy trình đang được tinh chỉnh và họ đang tạo hồ dữ liệu để có thể quay lại và kiểm tra xem sự cố đã xảy ra ở đâu. Mỗi khi bạn thay đổi điều gì đó, bạn lại bắt đầu lại lộ trình học tập của mình.

Bạn thấy mình có phản ứng hóa học tốt hơn một chút, điều này có thể giúp bạn có lợi thế hơn đối thủ cạnh tranh, vì vậy bạn làm lại. Tiếp theo, bạn muốn có một cục pin cho một chiếc xe thể thao, và bây giờ nó cần phải có kích thước khác. Đây là một loại vòng tròn mà ngành công nghiệp đang ở hiện tại.

Đ: Hãy nghĩ về cấu trúc của các loại pin nhỏ dành cho thiết bị gia dụng của bạn; pin ô tô lớn cũng vậy. Sau khi được xây dựng xong, nó sẽ được niêm phong và bạn không thể nhìn vào bên trong nữa – nó giống như một chiếc hộp đen. Bạn có thể kiểm tra dòng điện, nhưng bạn không biết tính toàn vẹn thực sự của cấu trúc bên trong. Các nhà sản xuất ô tô sử dụng công nghệ kiểm tra để kiểm tra pin họ mua từ nhà sản xuất pin. Nếu có vấn đề, họ muốn có thể biết chắc chắn lỗi nằm ở đâu: lỗi do họ hay do nhà sản xuất pin?

Rất nhiều sự tập trung vào vấn đề an toàn của pin lithium-ion đã xuất hiện vào năm 2016 khi thiết bị di động Samsung Note 7 bắt lửa và đột nhiên bạn không thể lên máy bay nếu bạn có Note 7. Kiểm tra CT rất quan trọng trong quá trình phân tích lỗi trong trường hợp này – nó cho thấy nguyên nhân gốc rễ là hình dạng của các điện cực được đóng gói. Các điện cực được đặt trong một cuộn thạch trong một hộp đựng điện thoại rất nhỏ, và tại một số điểm nhất định, các góc trở nên quá sắc và các điện cực bị gãy. Một khi chúng bị hư hại về mặt vật lý, chúng có thể gây đoản mạch trong phòng giam và bạn bị hỏa hoạn.

Bộ pin được sử dụng cho EV hoặc bộ lưu trữ năng lượng được tạo thành từ các mô-đun – mỗi mô-đun được tạo thành từ nhiều ô. Khi kiểm tra pin ở cấp độ tế bào, các kỹ sư đang xem xét quá trình sản xuất cơ học, tạp chất, tính đồng nhất của điện cực, các kết nối bên trong (hàn), vị trí của các điện cực trong các tế bào. Nếu chúng ta xem xét kỹ hơn về việc kiểm tra không gian của hình học này, chúng sẽ phân tích khoảng cách của các điện cực với nhau, kích thước và hướng của chúng so với nhau, khoảng cách của chúng với tường và các góc của chúng. Bạn có thể thực hiện một số điều này với hệ thống X-quang 2D, nhưng bạn không nhận được thông tin đầy đủ, thường chỉ có một hoặc hai chế độ lỗi hiển thị. Với CT, bạn có được hình ảnh đầy đủ về các phần quan trọng của các ô khi chúng nằm bên trong hộp, đó là lý do tại sao nó rất hữu ích trong tình huống điện thoại di động.

Trả lời: Việc sử dụng CT để kiểm tra pin EV đã trở nên quan trọng cùng với việc sản xuất hàng loạt EV. Chúng tôi đã sử dụng pin lithium-ion trong máy tính xách tay và điện thoại từ 15 năm trở lên và một số thương hiệu lớn nhất trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng hiện nay nằm trong số các khách hàng của chúng tôi. Cũng chính những nhà sản xuất đã có kinh nghiệm sản xuất pin điện thoại di động đã bắt đầu chế tạo những loại pin lớn hơn cho xe điện. Nhưng đó là một sự thay đổi lớn về phạm vi, và đó là lúc mọi thứ trở nên thú vị. Giờ đây, chúng tôi có một tập hợp hình học, dung lượng, gói khác nhau – tất cả các mô-đun trong các loại pin này đều yêu cầu hệ thống quản lý pin. Đó là một vũ trụ hoàn toàn mới, mặc dù có rất nhiều nhà sản xuất giống nhau.

Đ: Các nhà sản xuất ô tô đang sử dụng CT để phân tích lỗi. Khi họ nhận lại một cục pin bị hỏng trong ô tô từ hiện trường, điều đầu tiên họ làm là kiểm tra CT trên đó. Như chúng ta biết, chỉ hành động mở pin cũng có thể làm hỏng nó và họ có được cái nhìn đầu tiên mà không cần chạm vào bất cứ thứ gì. Kiểm tra CT cho phép họ chứng minh lỗi đã có trước khi họ mở nó. Điều này cũng quan trọng từ góc độ an toàn. Nếu các kỹ thuật viên phải mở một mô-đun như vậy, CT sẽ chỉ cho họ nơi họ có thể đặt búa một cách an toàn.

Bộ Waygate Technologies Phoenix đang mang lại sự an tâm cho cả nhà sản xuất xe điện và nhà sản xuất pin. Ví dụ nổi tiếng nhất về lý do tại sao điều này lại quan trọng đến vậy là thỏa thuận dàn xếp vào năm 2021 giữa một thương hiệu xe hơi Mỹ và một nhà cung cấp pin toàn cầu. Đã xảy ra vấn đề lớn với pin được sản xuất cho một mẫu ô tô nhất định, dẫn đến việc chiếc xe đó bị thu hồi trên toàn cầu. Sau khi pin được tiết lộ là có vấn đề, sự hợp tác vẫn tiếp tục, nhưng sau khi đồng ý về khoản bồi thường hàng tỷ đô la. Vì vậy, bạn có thể thấy giá trị kinh tế và các vấn đề uy tín. Nó cho thấy tầm quan trọng của niềm tin vào tính toàn vẹn của pin EV – và bạn có thể mua rất nhiều hệ thống thử nghiệm của chúng tôi với số tiền đó!

Giải pháp chính mà EV và các nhà sản xuất pin đang sử dụng vào lúc này là  hệ thống Phoenix V|tome|x  có sẵn trong các phiên bản khác nhau dựa trên yêu cầu của từng khách hàng.

Điều thú vị là chúng ta luôn thấy những hỏng hóc mới xuất hiện trên dây chuyền sản xuất pin. Đây là lúc hệ thống CT của chúng tôi thực sự có thể trợ giúp, bởi vì bạn có thể phân tích tình trạng đầy pin. Các thiết bị kiểm tra khác tập trung vào một chế độ lỗi duy nhất. Nó thực hiện kiểm tra một lỗi và khi nó chạy trơn tru, thì một chế độ lỗi mới sẽ xuất hiện. CT không làm vậy. Trong 90% trường hợp, hệ thống CT của chúng tôi có thể giúp phát hiện lỗi, chúng linh hoạt và sau đó chúng tôi có thể phản ứng nhanh để kiểm tra các kiểu lỗi mới này.

Trong tương lai, chúng tôi muốn tiến tới chẩn đoán có sự trợ giúp của máy tính nhiều hơn. Hiện tại, đó là hình ảnh, khối lượng dữ liệu và những người vận hành được đào tạo bài bản, nhưng chúng tôi có mục tiêu mang lại nhiều trí tuệ nhân tạo (AI). Chúng tôi đang nghiên cứu vấn đề đó, nhưng nó phức tạp vì cấu hình pin luôn thay đổi.

Trả lời: Một cục pin lớn giống như một khoản đầu tư vốn: bạn muốn đảm bảo rằng nó hoạt động tốt và an toàn ngay hôm nay, đồng thời theo dõi xem nó ảnh hưởng như thế nào đến giá trị chiếc xe của bạn trong tương lai. Hiện tại, các công nghệ của chúng tôi không được sử dụng trong thị trường “Xe điện đang phục vụ” này, nhưng nó sẽ đến, vì không có cách nào khác để nhìn vào bên trong những hộp đen đó.

Với EV, không ai tháo rời động cơ điện, vì vậy, pin là bộ phận có giá trị. Những loại dịch vụ bạn có thể làm cho pin? Ngành công nghiệp đang thay đổi, nhưng nếu chúng ta quan sát kỹ lưỡng một chút, các đại lý ô tô sẽ không có thiết bị để thực hiện loại công việc này. Họ có thể thu thập dữ liệu về điện nhưng việc tháo rời bộ pin lại là một việc khác. Tôi nghĩ rằng sẽ có một lớp trung tâm dịch vụ thứ hai xuất hiện, nơi họ lấy pin của bạn và nhìn vào bên trong bằng cách sử dụng công nghệ như hệ thống CT. Họ có thể cấu hình lại pin hoặc sau khi nhìn vào bên trong, họ có thể định giá nó.

Giả sử bạn có một chiếc ô tô đã ba năm tuổi và đã hết hạn bảo hành, nhưng bạn vẫn muốn mua nó với giá tốt; người mua sẽ muốn bằng chứng về tình trạng của pin. Đó là lúc bạn có thể đầu tư và nói, 'Đây là kết quả quét pin của tôi để chứng minh rằng điều đó đáng giá.'

Các trung tâm dịch vụ cũng sẽ có thể mô phỏng lại các mô-đun hoặc lắp ráp lại chúng, thay thế các mô-đun bị lỗi do kiểm tra CT tìm thấy để đưa pin trở lại mức tối đa. Đó là thiết bị đắt tiền nhưng tôi tin rằng những người được trang bị những hệ thống này sẽ là một phần của hệ sinh thái EV.