Fraunhofer EMI a développé un système de radiographie X capable de capturer jusqu’à 1 000 images par seconde à l’intérieur d’une cellule de batterie en fonctionnement. Ce dispositif rend visibles la formation de gaz, la propagation des fissures et l’éjection de matériaux lors d’emballement thermique.
La technologie combine une imagerie haute performance avec une chambre d’essai instrumentée mesurant température, pression, tension et flux de gaz en simultané, ouvrant la voie à une industrialisation prévue chez PowerCo à Salzgitter en 2028.
Radiographie X haute vitesse : fonctionnement et capacités techniques
Le cœur du dispositif repose sur un détecteur X et une source optimisés pour l’acquisition à haute cadence. En pratique, l’appareillage peut enregistrer jusqu’à 1 000 images/s avec une résolution suffisante pour suivre la propagation de fissures et le déplacement de matière au sein d’une cellule prismatique.
La chambre d’essai est conçue pour des tests destructifs : elle protège l’équipement de radiographie et confine les projections. Des capteurs intégrés mesurent la température, la pression et la tension en temps réel, synchronisés avec l’imagerie X.
Les images haute cadence permettent d’identifier les instants critiques précédant une défaillance, par exemple la genèse d’un point chaud ou la libération soudaine de gaz. Ces observations fournissent des données directes pour vérifier les hypothèses actuellement issues de simulations et d’essais post-mortem.
Sur le plan méthodologique, l’approche in-situ réduit l’incertitude liée aux mesures indirectes et complète les techniques classiques comme la tomographie statique. Les équipes de Fraunhofer EMI soulignent que ces séquences rapides rendent visible des phénomènes qui restaient masqués par l’échelle temporelle des méthodes antérieures.
Instrumentations synchrones : capteurs, sécurité et données corrélées
Le système couple l’imagerie X à une batterie de capteurs : débitmètres de gaz, thermocouples multipoints, capteurs de pression et acquisition de tension cellule par cellule. Cette synchronisation offre une corrélation temporelle entre événement visuel et paramètres physiques.
Lors d’un emballement thermique, l’équipe peut mesurer la hausse de pression et la température au même instant où l’image révèle une rupture de paroi ou une éjection d’éléments. Ces corrélations améliorent la compréhension des mécanismes de propagation entre cellules.
La chambre d’essai inclut une enceinte de protection pour limiter les risques lors d’essais violents. Les dispositifs de mitigation et de confinement sont calibrés pour préserver l’équipement de radiographie sensible tout en garantissant la sécurité des opérateurs.
Les jeux de données générés alimentent des modèles multiphysiques : l’association d’images haute vitesse et d’enregistrements capteurs permet d’affiner les lois de transfert thermique et mécanique employées dans la simulation d’accidents.
Installation industrielle chez PowerCo à Salzgitter : calendrier et objectifs 2028
PowerCo, la division batteries du groupe Volkswagen, prévoit d’installer un système dédié sur son site pilote de Salzgitter d’ici 2028. L’objectif est d’évaluer des formats variés et des chimies différentes dans des conditions proches de la production industrielle.
L’équipement devra accepter formats de cellules multiples et compositions électrochimiques diverses pour tester des prototypes et des séries industrielles. PowerCo mettra à disposition des cellules réelles issues de sa chaîne de production pour des essais représentatifs.
Le transfert industriel implique l’adaptation de la solution en plateforme modulaire, facilitant l’intégration dans un laboratoire d’essais de qualification. PowerCo apporte ses exigences de production et des volumes de tests pour valider la reproductibilité des observations.
Fraunhofer EMI et PowerCo anticipent que les données in-situ accéléreront l’optimisation des architectures de cellule et la validation des contre-mesures de sécurité, en fournissant des preuves expérimentales destinées à la certification.
Conséquences pour la conception, la simulation et la certification des batteries
Disposer d’images à haute cadence change la relation entre données expérimentales et modèles numériques. Les séquences permettent de confronter modèles de simulation aux phénomènes réels : initiation de fissures, zones de chauffage localisé, et propagation thermique entre cellules.
Pour les bureaux d’études, cela signifie pouvoir calibrer des modèles multiphysiques avec des signatures temporelles observées, réduisant les marges de sécurité conservatrices sans compromettre la sûreté. Les gains potentiels touchent la masse, la densité énergétique et le coût.
Au niveau réglementaire, ces preuves expérimentales in-situ offrent des arguments pour améliorer les protocoles d’essais normalisés et clarifier les critères d’acceptation pour les packs de véhicule. Des organismes de certification pourront s’appuyer sur des chronologies d’événements mesurées plutôt que sur des extrapolations.
Enfin, l’adoption industrielle prévue par PowerCo pourrait inciter d’autres fabricants à déployer des plateformes similaires, favorisant une base de données commune d’événements de défaillance qui servira de référence pour l’industrie.
| Caractéristique | Fraunhofer EMI (prototype) | Objectif PowerCo (2028) |
|---|---|---|
| Cadence d’imagerie | 1 000 images/s | 1 000 images/s |
| Paramètres mesurés | Température, pression, tension, flux de gaz | Idem, intégration industrielle |
| Formats de cellules | Prismatiques grand format | Formats multiples |
| Usage | Recherche et essais destructifs | Qualification industrielle |
