质量解决方案如何确保电池安全性和性能？

电池对新能源汽车（NEV）的续航里程、性能表现和使用寿命而言都至关重要。这些因素对新能源汽车车主和制造商都起着决定性作用，而安全性、效率和成本也是成功的关键。可靠耐用的电池需要顶级的材料和精确的生产技术。在最终装配过程中，电芯、模组和托盘也必须符合非常严格的公差要求。

聚焦电池材料

在新能源汽车的各个要素中，电池系统对驾驶体验的影响尤为明显。电池性能在很大程度上受原材料的影响，而材料及结构的研发起着关键作用。当前面临的挑战包括研发新型活性材料、确保其供应的均匀性与稳定性、保持适当的压延压力，以及监测因老化产生的微观变化。

尤为关键的是，正极、负极以及隔膜材料的选择起着决定性作用，因为它们对电池的容量、充电行为和使用寿命有很大影响。此外，电池性能在很大程度上取决于材料的微观结构、颗粒的化学成分以及可能存在的杂质。通过使用ZEISS VersaXRM 730，可以精准测量了解与电池能量密度至关重要的相关材料特性，从而显著提高电池性能。此外，拥有专利技术、关联光学和扫描电子显微镜的ZEISS EVO还可以实现高效的相关分析，有助于优化材料配方。

毛刺检查和技术清洁度

电池内部电极的几何形状和成分对电池的安全性和效率有很大影响。为避免出现安全问题，并确保满足严格的质量标准，电极切割工序中所使用的刀片必须按时检查与更换。由于存在较高的颗粒污染风险，会影响电池的使用寿命和质量，因此使用蔡司关联颗粒分析，通过技术清洁度来检测颗粒污染并找出根本原因。

电芯生产和装配

完整电池模组的最终检测要求很高，因为模组中的单个电芯可能存在多种安全隐患。三种类型的电池（圆柱电池、方壳电池和软包电池），都需要快速且高分辨率测试节拍。每一种类型的电池在可制造性、性能、耐用性、安全性、质量测试和故障分析方面也都面临着各自的挑战。

在检测电池时，一个核心问题是电极上金属颗粒、分层、卷绕以及烧伤痕迹的探测。这时，ZEISS METROTOM 800 320 kV X射线解决方案便可大显身手，它能够在模组装配过程中进行精确的缺陷检测。在装配电池时，必须检测电池生产过程中可能出现的金属污染，以消除短路风险。此外，必须将安全风险和废品率降至最低，这就需要全面检查电极的对齐情况和位置，同时还要检测内部缺陷。为加快生产电池的速度，还要有快速、高分辨率的测试节拍。

鉴于电池的尺寸和密度要求，需要采用高性能的系统进行最终质量检测，包括检查污染和超出尺寸。为此，可以使用ZEISS Automated Defect Detection（ZADD）和功能强大的ZEISS VoluMax 9 titan。

ZEISS Volumax 9 titan 可以对电池模组进行高穿透力无损检测，进一步提高了电池生产中的质量保证。它消除了射线硬化伪影，可以确保更高质量且更快速的扫描，同时提高缺陷的可检测性。借助 ZEISS INSPECT X-Ray，用户在一个软件中即可完成从扫描校准到生成报告的各种任务。

电池托盘检验

电池托盘容纳了所有电池、连接器、控制装置和包含多个电池模组的电池包。由于电池托盘完全内置于车身中，因此必须在生产的各个阶段对其结构和完整性进行检测，以确保质量和安全。控制电池托盘生产中的铣削和钻孔工艺对最终产品的质量和安全至关重要。在诸多难题中，最为棘手的问题之一便是电池组在充电及行驶过程中产生的热膨胀现象。这种热膨胀极有可能引发电池托盘扭曲和变形。为确保所有关键功能特性均能达标，必须对其进行随机测量，或者通过全面的自动化最终检测来完成。

电池托盘表面的评估直接影响整个车身的尺寸精度。正确定位柔性电缆和连接器对于准确安装电池托盘和电池盖十分关键。为保证操作安全，必须将电池模组正确插入电池托盘。利用 ZEISS CALENO悬臂式三坐标测量机，可以在较快的测试节拍内对多种特征进行多传感器测量。非接触式光学激光扫描仪可迅速提取特征数据，而接触式探头能够捕捉到底切等光学上无法触及的特征。ZEISS ScanBox可对电池托盘进行快速、自动、完整的三维检测，只需几分钟便可生成完整的几何数字孪生。ZEISS INSPECT 软件支持省时的数字装配，涵盖所有连接部件及其校准工作。

本文供稿：蔡司

来源：荣格-《国际汽车设计及制造》

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