Die Reichweite von Elektroautos und die Leistungsfähigkeit der Akkus sind entscheidend für den Erfolg und Misserfolg dieser Fahrzeuge. Bei der Entwicklung von Akkuzellen spielen neben der Kapazität und Leistung auch Sicherheitsaspekte eine große Rolle. Um wichtige Kenngrößen für die Entwicklung zu bestimmen, werden optische 3D-Deformationsmessungen eingesetzt. In diesem Artikel werden wir uns genauer mit der Akkumessung befassen und zeigen, wie diese Messungen zur Bestimmung der Flächendaten und des Temperaturausdehnungskoeffizienten eingesetzt werden können.
Bei der Messung von Akkuzellen sollen nicht nur die Bewegung, sondern auch die Deformation eines Bauteils oder eines bestimmten Bereichs berücksichtigt werden. Punktuelle Messmarken sind oft nicht ausreichend, um flächendeckende Informationen zu erhalten. Daher werden flächenhafte, dynamische 3D-Deformationsmessungen eingesetzt, um lückenlose Daten zu erfassen. Diese Messungen liefern nicht nur Informationen über die Änderung der Oberfläche in allen Achsrichtungen, sondern auch über die lokale Änderung der Fläche in sich, also die Dehnung und Stauchung.
Ein Praxisbeispiel für die Anwendung der flächenhaften dynamischen Deformationsanalyse ist die Messung an einer sogenannten „Pouch-Bag-Akkuzelle“. Hierbei sollen die Veränderungen der Zell-Oberfläche im Lade- und Entladevorgang sowie unter thermischer Belastung untersucht werden. Um die Flächendaten zu ermitteln, wird auf das Objekt ein spezielles Muster aufgetragen. Die Messsoftware berechnet anhand dieses Musters die 3D-Daten mittels Bildkorrelation. Für diese Messung werden hochauflösende Kameras und Objektive mit einer geeigneten Brennweite verwendet, um ein optimales Messvolumen zu erreichen.
Die 3D-Bewegungs- und Deformations-Messsysteme sind in der Lage, dynamische Prozesse über einen langen Zeitraum zu messen. Im Falle der Akkuzellmessung werden beispielsweise Messungen mit einer Dauer von bis zu drei Stunden durchgeführt. Dabei werden alle fünf Sekunden Stereobildpaare aufgenommen. Die berechneten Daten werden im Postprocessing analysiert und als Falschfarbenvergleich über das Kamerabild gelegt. Darüber hinaus können die Oberflächendaten als 3D-Punktewolke exportiert und in andere Softwarelösungen eingelesen werden.
Durch die Kombination der 3D-Oberflächendaten und den Aufnahmen einer Thermokamera kann der Temperaturausdehnungskoeffizient für die Akkuzelle bestimmt werden. Dieser Koeffizient gibt Auskunft über die Änderung der Zell-Oberfläche in Abhängigkeit von der Temperatur. Es ist wichtig, den Temperaturausdehnungskoeffizienten zu kennen, da sich die Akkuzellen während des Betriebs erwärmen und dadurch Ausdehnungen und Kontraktionen erfahren.
Die Anwendung der flächenhaften, dynamischen 3D-Deformationsmessung bietet mehrere Vorteile. Erstens können lückenlose Daten erfasst werden, sodass auch bei sehr kleinen Messvolumina aussagekräftige Informationen gewonnen werden können. Zweitens liefert die Messung nicht nur Informationen über die Bewegung, sondern auch über die Deformation von Bauteilen oder bestimmten Bereichen. Dies ist besonders relevant, wenn im Voraus nicht klar ist, wo genau am Objekt die größten Änderungen auftreten. Drittens ermöglicht die Kombination mit einer Thermokamera die Bestimmung des Temperaturausdehnungskoeffizienten, was für die Entwicklung und Optimierung von Akkuzellen von großer Bedeutung ist.
Die Messung der Akkus von Elektroautos ist ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung und Optimierung dieser Fahrzeuge. Die flächenhafte, dynamische 3D-Deformationsmessung ermöglicht es, wichtige Kenngrößen wie die Änderung der Oberfläche und den Temperaturausdehnungskoeffizienten zu bestimmen. Durch die genaue Analyse dieser Daten können die Leistungsfähigkeit und Sicherheit der Akkus verbessert werden. Die Anwendung dieser Messmethode bietet somit einen wertvollen Beitrag zur Weiterentwicklung der Elektromobilität.