Ausschlaggebend für den Erfolg und Misserfolg von Elektroautos sind die Reichweite und damit die Leistungsfähigkeit der Akkus.

Bei der Entwicklung von Akkuzellen spielt neben
der Kapazität und Leistung die Sicherheit die größte Rolle.

Optische 3D-Deformationsmessungen helfen dabei wichtige Kenngrößen für die Entwicklung zu bestimmen.

Die Ermittlung von Ausdehnungskoeffizienten kann anhand der flächenhaften, dynamischen 3D-Deformationsmessung berechnet werden.

Soll nicht nur die reine Bewegung sondern auch die Deformation eines Bauteils oder eines bestimmten Bereiches betrachtet werden, sind punktuelle Messmarken nicht immer ausreichend um flächendeckende Informationen zu erhalten. Dadurch können vor allem bei sehr kleinen Messvolumina lückenlose Daten erfasst werden. Insbesondere dann, wenn im Voraus nicht klar ist, wo genau am Objekt die größten Änderungen auftreten und dementsprechend eine gezielte Anbringung von Messmarken nicht möglich ist. Darüber hinaus liefert die flächenhafte Messung von Deformationen nicht nur Informationen über die Änderung der Oberfläche in allen Achsrichtungen, sondern daraus abgeleitet auch die lokale Änderung der Fläche in sich, also die Dehnung und Stauchung.

Bei der Messung an einer sogenannten „Pouch-Bag-Akkuzelle“ sind eben diese Kriterien ausschlaggebend dafür, die flächenhafte dynamische Deformationsanalyse anzuwenden.

Es soll untersucht werden, wie sich die Zell-Oberfläche im Lade- und Entladevorgang, aber auch unter thermischer Belastung verhält. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der gesamten Dickenänderung der Zelle und dem Verhalten im Bereich der Ableiter.

Zur Ermittlung der Flächendaten muss auf das Objekt ein spezielles Muster aufgetragen werden. Anhand dieses Musters errechnet die Messsoftware mittels Bildkorrelation die 3D-Daten. Dazu wird auf die Zelle ein matt-schwarzer Lack als Grundierung aufgetragen und anschließend mit weißer Farbe ein feines gesprenkeltes Muster aufgesprüht.

Für diese Messung werden die 5-Megapixel Kameras in Verbindung mit der 300mm Carbon-Basis und Objektiven mit einer Brennweite von 17mm verwendet. Das daraus resultierende Messvolumen mit 250 x 210 x 210 mm deckt die zu messende Fläche der Akkuzelle von ca. 160 x 160 mm optimal ab. Die Kombination von 300mm Basis und den 5M-Kameras ergibt eine sehr kompakte Sensoreinheit. Das ist speziell auch bei dieser Messung von Vorteil, da die Akkuzelle parallel von einer Thermokamera aufgenommen wird. Um in den Kamerabildern einen optimalen Kontrast zwischen der schwarzen Grundierung und den weißen Musterpunkten zu erhalten, wird die Akkuzelle mit speziellen Blitzen ausgeleuchtet. Ein guter Kontrast ist zwingend notwendig, um das Muster in den einzelnen Bildstufen eindeutig zuordnen zu können.

Die 3D-Bewegungs- und Deformations-Messsysteme von GOM sind in der Lage dynamische Prozesse auch über einen langen Zeitraum zu messen. Im Fall der Akkuzelle werden beispielsweise Messungen mit einer Dauer von bis zu drei Stunden durchgeführt. Dabei wird alle fünf Sekunden ein Stereobildpaar aufgenommen.

Die berechneten Daten werden im Postprocessing auf die Änderung der Dicke analysiert und diese als Falschfarbenvergleich über das Kamerabild gelegt. Ein zusätzlicher Export der Oberfläche als 3D-Punktewolke über alle Stufen kann zur weiteren Auswertung in andere Softwarelösungen eingelesen werden.

Durch die Kombination der 3D-Oberflächendaten und den Aufnahmen der Thermokamera kann der Temperaturausdehnungskoeffizient für die Akkuzelle bestimmt werden.