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EP-4587815-B1 - X-RAY SYSTEM

EP4587815B1EP 4587815 B1EP4587815 B1EP 4587815B1EP-4587815-B1

Inventors

  • Salamon, Michael

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20230913

Claims (15)

  1. X-ray system for non-destructive material inspection of a battery module (106) to be irradiated of a vehicle or a battery module (106b) incorporated in a vehicle, comprising: at least one radiation source (102); at least one radiation detector (104); wherein the object to be irradiated (106) can be arranged between the at least one radiation source (102) and the at least one radiation detector (104), wherein the at least one radiation source (102) is arranged spaced apart from the object to be irradiated (106) with at least five times the width (106b) of the scanning area, such that a fan-shaped radiation geometry is formed at least in transverse direction, wherein the scanning area corresponds to the width (106b) of the object (106) in transverse direction, or wherein the scanning area corresponds to a part of the width (106b) of the object (106) in transverse direction, wherein the object comprises at least one battery module; wherein the opening angle (100α) of the radiation geometry in traverse direction is less than 5° and wherein the opening angle (100α) of the radiation geometry in advance direction is less than 10°.
  2. X-ray system according to claim 1, wherein the distance between the at least one radiation source (102) to the object to be irradiated (106) is at least 3 m, or at least 5 m, or at least 10 m, or at least 11 m; and/or wherein the object to be irradiated comprises a plurality of battery modules arranged along the transverse direction.
  3. X-ray system according to any one of the preceding claims, wherein the object (106) is moved in advance direction and/or is moved continuously in advance direction perpendicular to the transverse direction for scanning; and/or wherein the object to be irradiated comprises a plurality of cells that are arranged along the advance direction.
  4. X-ray system according to any one of the preceding claims, wherein the at least one radiation source (102) is formed by several individual radiation sources, or wherein the at least one radiation source (102) is formed by several individual radiation sources arranged transverse to the object (106).
  5. X-ray system according to claim 4, wherein the radiation geometries of the individual radiation sources comprise overlapping radiation fields and/or radiation fields overlapping in the focal plane; or wherein the radiation geometries of the individual radiation sources comprise overlapping radiation geometries; or wherein the radiation geometries of the individual radiation sources comprise overlapping radiation geometries, wherein the individual radiation sources are configured to be operated alternately.
  6. X-ray detector according to any one of the preceding claims, wherein the X-ray detector extends across the entire width (106b) of the object (106); and/or wherein the X-ray detector is formed by a line detector or area detector, which extends across the entire width (106b) of the object (106); and/or wherein the X-ray system comprises several radiation detectors (104) or radiation sources (102) arranged along an advance direction.
  7. X-ray system according to any one of the preceding claims, wherein the radiation source (102) or the individual radiation sources are collimated, or each comprise a collimator (103) that defines the radiation geometry with < 10°; and/or wherein the at least one X-ray source provides an energy of at most 450 keV or at most 360 keV; and/or wherein the energy is chosen so low that no irradiation of an intact object (106) or an intact battery cell occurs.
  8. X-ray system according to any one of the preceding claims, wherein the distance between the at least one X-ray source and the object to be irradiated (106) and/or the at least one radiation detector (104) can be adjusted.
  9. X-ray system according to any one of the preceding claims, further comprising an evaluation apparatus configured to evaluate several pictures across several positions and/or several pictures across several radiator/detector combinations; or further comprising an evaluation apparatus configured to evaluate several pictures across several positions and/or several pictures across several radiator/detector combination wherein the evaluation apparatus is configured to detect overlapping objects in the individual pictures based on the several pictures and/or to compensate the image of the overlapping object in the individual pictures; and/or wherein the X-ray system comprises an evaluation apparatus configured to detect an overlapping object based on a reference picture of the object to be irradiated (106) and/or to compensate the image of the overlapping object in individual pictures; and/or wherein only the evaluation apparatus is configured to select the picture with little or no overlap.
  10. X-ray system according to any one of the preceding claims, wherein the X-ray system further comprises an evaluation apparatus that is based on an Al algorithm and/or is configured to detect morphological features; or wherein the X-ray system further comprises an evaluation apparatus that is based on an Al algorithm and/or is configured to detect morphological features, wherein the evaluation apparatus is configured to detect deviations of the object (106) or parts of the object (106) from a normal form (deformation of a cylindrical cell, deformation of a prismatic cell); or wherein the X-ray system further comprises an evaluation apparatus that is based on an Al algorithm and/or is configured to detect morphological features; wherein the evaluation apparatus is configured to determine a distance between two parts of the object (106), in particular between two battery cells.
  11. X-ray system according to any one of the preceding claims, wherein the object is a battery module that comprises several battery cells arranged in parallel, in particular cylindrical battery cells or prismatic battery cells, wherein the irradiation direction of the radiation source (102) is oriented in parallel or essentially in parallel to the battery cells; and/or wherein the object is a battery module comprising a plurality of battery cells that are arranged in a planar distributed manner.
  12. X-ray system according to any one of the preceding claims, wherein the X-ray system comprises a container or fire-retardant container in which the object to be irradiated is arranged; and/or the object to be irradiated comprises a container or fire-retardant container in which an object to be inspected, in particular a vehicle or a battery module of a vehicle, is arranged.
  13. Method for determining an X-ray picture by using an X-ray system according to any one of the preceding claims, comprising: irradiating an object to be irradiated (106) at a distance of the radiation source (102) from the object to be irradiated (106) of at least five times the width (106b) of the scanning area to obtain a first picture, such that a fan-shaped radiation geometry is formed, at least in transverse direction, wherein the object comprises at least one battery module; wherein the scanning area corresponds to the width (106b) of the object (106) in transverse direction, or wherein the scanning area corresponds to part of the width (106b) of the object (106) in transverse direction.
  14. Method according to claim 13, wherein the method comprises the step of repeating the step of irradiating for a further picture, or wherein the method comprises the step of repeating the irradiation for a further picture as well as compensating an overlapping object based on detecting the overlapping object in the picture with the help of the further picture; and/or wherein the further picture is taken with skewed irradiation of the object skewed to the width and the picture is taken with orthogonal irradiation with regard to the width; and/or
  15. Computer program comprising instructions causing the X-ray system of claim 1 to perform the method steps according to claim 13 or 14

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Röntgensystem zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines zu durchstrahlenden Objekts, insbesondere eines Batteriemoduls (wie z. B. einer Hochvoltbatterie) eines Fahrzeugs oder eines in ein Fahrzeug eingebauten Batteriemoduls. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Ermitteln einer Röntgenaufnahme sowie auf ein Computerprogramm. Im Generellen liegen Ausführungsbeispiele der Erfindung auf dem Gebiet der schnellen Batterieinspektion am Gesamtfahrzeug mittels Röntgentechnik. Der Einblick in das Innere eines Batteriemoduls eines E-Fahrzeugs ist bislang nicht zerstörungsfrei möglich. Dabei spielt die mechanische Integrität der Batteriemodule z.B. nach Unfällen eine besonders wichtige Rolle, um die Möglichkeiten einer Fahrzeuginstandsetzung besser beurteilen zu können. Auch für die Beurteilung des Fahrzeugzustands bei unklarer Fahrzeughistorie im Gebrauchtwagenmarkt kann das Verfahren zum Einsatz kommen. Deshalb besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz. Auch in der Patentliteratur sind einige Röntgensysteme offenbart. So zeigt die US 2004/156477 ein Röntgensystem zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines zu durchstrahlenden Objekts. Darüber hinaus sind auch noch die Schriften US 6542580 B1 und WO 2016/011205 A1 zu nennen. Darüber hinaus formt die Veröffentlichung mit dem Titel "Direct observation of internal state of thermal runaway in lithium ion battery during nail-penetration test" weiteren Stand der Technik. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, insbesondere von Fahrzeugbatterien bei Elektrofahrzeugen, zu ermöglichen. Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Röntgensystem zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines zu durchstrahlenden Objekts, wie z. B. eines Batteriemoduls eines Fahrzeugs oder eines in ein Fahrzeug eingebauten Batteriemoduls. Das Objekts oder einem Teil der Breite des Objekts entsprechen, das heißt also, dass in Querrichtung nur ein Teil des Objekts abgebildet wird. Der Öffnungswinkel der Strahlengeometrie beträgt < 10°. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann der Abstand zwischen Strahlenquelle und zu durchstrahlendem Objekt mindestens 5 m oder sogar mindestens 10 m betragen. Es hat sich herausgestellt, dass bei 11 m bzw. mindestens 11 m eine gute Abtastung eines 2 m breiten Objekts möglich ist. Die 10°-Strahlengeometrie sowie der Abstand zielt insbesondere darauf ab, dass das Objekt in seiner Breite oder zumindest ein ausreichend breiter Abtastbereich in Objektbreite (Querrichtung) abtastbar ist. Um das Objekt in Längsrichtung gut abtasten zu können, kann entsprechend Ausführungsbeispielen das Objekt in Vorschubrichtung bewegt werden bzw. kontinuierlich bewegt werden. Die Vorschubrichtung kann beispielsweise senkrecht zur Querrichtung meinen. Um mit weniger als beispielsweise 10 m oder weniger als beispielsweise 5 m, wie z. B. 3 m, auskommen zu können, kann die mindestens eine Strahlenquelle durch mehrere Einzelstrahlenquellen gebildet sein. Beispielsweise ist die mindestens eine Strahlenquelle durch mehrere Einzelstrahlenquellen, die quer zum Objekt angeordnet sind, gebildet. Wenn man beispielsweise von zwei Strahlenquellen ausgeht, kann der Abstand von 10 m auf 5 m reduziert werden. Wenn man von drei Einzelstrahlenquellen ausgeht, kann der Abstand von 10 m auf 3 m in etwa reduziert werden. Das heißt also, dass entsprechend Ausführungsbeispielen mehrere Strahlenquellen, die hier als Einzelstrahlenquellen bezeichnet sind, vorgesehen sind. Somit beträgt entsprechend Ausführungsbeispielen der Abstand mindestens 2 m oder mindestens 3 m zum durchstrahlenden Objekt. Bei dem Ausführungsbeispiel mit der zu durchstrahlenden Hochvoltbatterie / Batteriemodul ist die Hochvoltbatterie da Batteriemodul das zu durchstrahlende Objekt. Dieses kann entweder mit in der vollen Breite untersucht werden, sodass sich entsprechend großer Abtastbereich einstellt oder auch nur partiell, sodass sich eine kleiner Abtastbereich (je Stahlenquelle) und damit kleiner Strahler-Objekt-Abstand einstellt. Entsprechend Ausführungsbeispielen wird der Abstand von Strahlenquelle gegenüber der zu durchstrahlenden Fahrzeugbatterie (Batteriemodul) oder der der Strahlenquelle zugewandten Oberfläche der zu durchstrahlenden Fahrzeugbatterie gemessen. Bei einer zu durchstrahlenden Fahrzeugbatterie handelt es sich typischerweise um ein rechteckförmiges Objekt, dessen Hauptausstreckungsrichtung in Längsrichtung des Fahrzeugs oder in Breitenrichtung des Fahrzeugs angeordnet ist. Auch ist ein quadratisches Längen-Breiten-Verhältnis oder in etwa quadratisches Längen-Breiten-Verhältnis denkbar. In der Tiefe weist die Fahrzeugbatterie häufig eine Höhe von wenigen Zentimetern, wie z. B. 10 cm, 15 cm oder 20 cm, auf. Mit der erläuterten Anordnung einer Strahlenquelle, die in Tiefenrichtung bzw.