La tomographie à rayons répond aux défis de l'e-mobilité

Tandis que le la transition vers l'e-mobilité se poursuit, les exigences en matière de moteurs électriques évoluent. Les gouvernements et les organismes publics continuent de faire pression pour un transport plus propre, les solutions d'e-mobilité sont de plus en plus demandées. Les nouveaux véhicules électriques (NEV) offrent un nouveau potentiel pour un transport durable et à faibles émissions.

Suffisamment évolutifs pour être utilisés dans tous les types de transport, des vélos et voitures aux camions, bus et avions, les composants de la mobilité électrique nécessitent des inspections de haute qualité à chaque étape du cycle de vie de la production. Les fabricants et les équipementiers de nouveaux véhicules électriques et de composants tels que les FCEV (Fuel Cell Electric Vehicles) et les BEV (Battery Electric Vehicles) doivent se réinventer pour adapter la production et l'assemblage des composants critiques des véhicules électriques.

l'E-mobilité est confrontée à de nombreux défis

Augmenter l'autonomie, réduire le coût, réduire l'impact écologique de la fabrication et augmenter la sécurité sont les principaux défis des technologies d'e-mobilité. Ces 3 défis peuvent être résolus avec l'aide de la tomographie à rayons X.

Augmenter l'autonomie

L'autonomie désigne la distance qu'un système de transport électrique peut parcourir avant que la batterie ne doive être rechargée. L'autonomie des FCEV est approximativement la même que celle d'un moteur à combustion conventionnel.

"L'angoisse de la batterie à plat" n'est plus un problème avec les véhicules électriques, car l'infrastructure de recharge se développe rapidement et les performances des batteries ont sérieusement augmenté au cours de la dernière décennie et font encore l'objet d'importants investissements en R&D.

Réduire le cout

Les technologies électriques sont encore coûteuses, notamment les batteries qui sont chères à produire et à recycler. La croissance du marché de l'e-mobilité va de pair avec une baisse du prix des e-technologies.

La technologie d'imagerie par rayons X, en réduisant les délais de mise sur le marché et en améliorant les performances des batteries, accompagne l'évolution du marché. En outre, un autre avantage de la tomographie par rayons X est la réduction des déchets grâce à l'identification non destructive de batteries complètes qui peuvent ensuite être mises sur le marché au lieu d'être détruites.

La transition vers les mobilités électriques est un bon moyen de réaliser des économies importantes. En effet, les coûts de maintenance sont réduits car les véhicules électriques sont intrinsèquement plus fiables que les véhicules à moteur à combustion interne en raison du nombre réduit de pièces mécaniques sujettes à des défaillances et fournissant souvent de meilleures données pour permettre une maintenance préventive.

Etre plus écologique

De plus actuellement les batteries commencent leur vie dans un véhicule électrique avec une empreinte carbone déjà très élevée. Il faut en général rouler en moyenne 100.000 km pour que l'empreinte carbonne passe sous celle d'un véhicule thermique.

Les batteries lithium-ion se démarquent par leur capacité de stockage supérieure par rapport aux batteries au plomb. Cette performance accrue s'explique en partie par l'utilisation de cobalt, offrant une autonomie étendue et une stabilité accrue dans la mesure et la gestion des niveaux de charge des batteries. Mais, l'extraction de cobalt demeure une préoccupation majeure, représentant seulement, 0,004% des ressources sur Terre et que l'on retrouve principalement dans les mines de la République du Congo.

Outre la rareté du cobalt, la présence d'autres métaux à fortes valeurs tels que le lithium, le cuivre, la manganèse ou encore le nickel contribuent à augmenter significativement les coûts associés et une empreinte carbone conséquente avant même la mise sur le marché du véhicule. Actuellement, sur un véhicule électrique, la batterie peut représenter jusqu'à 51% du coût total.

Une autre problématique qui prend de plus en plus d'ampleur ces dernières années, concerne le recyclage de ces batteries. Si des initiatives sont en cours, aucun processus standardisé n'a encore été pleinement développé et approuvé. Il s'agit là d'un point important car le parc de batteries ne cesse de croître partout dans le Monde et l'importante croissance des véhicules électriques, font que trouver des solutions réduisant les matériaux en tensions et offrant des solutions de recyclages pertinentes est un enjeu de plus en plus important pour tous les acteurs de l'industrie de l'e-mobilité.

Augmenter la sécurité

Les essais non destructifs permettent de détecter des défauts structurels tels que des fissures, des porosités et des inclusions au cours du processus de fabrication. L'examen de ces défauts révèle des caractéristiques physiques critiques qui ont une incidence négative sur la qualité et les performances du composant.

Grâce à une détection précoce des défauts, vous éviterez les problèmes de garantie et de réclamation ainsi qu'une éventuelle mauvaise réputation sur votre marché. En outre, vous augmentez la sécurité tout en réduisant la maintenance et la propension aux erreurs, ce qui vous permet d'obtenir un produit de la plus haute qualité et d'accroître la sécurité.

Des composants de haute technologie qui nécessitent des inspections approfondies

Les cinq principaux composants des véhicules électriques non polluants, tels que les batteries, les piles à combustible, les moteurs électriques, les chaînes cinématiques électriques ou l'électronique de puissance, diffèrent considérablement de ceux d'un moteur à combustion.

La gamme de tomographes proposée par RX Solutions apporte la solution parfaite pour chacun de ces composants en fournissant des informations approfondies pour l'assurance qualité afin de garantir la fiabilité, l'efficacité et la sécurité de vos véhicules électriques. Pour chacun de ces composants, le scanner à rayons X apporte une grande valeur ajoutée à votre chaîne de fabrication.

BATTERIES

Les batteries sont le composant clé des VE en termes d'efficacité, de performance et d'utilisation quotidienne. Optimisez les batteries. C'est aussi le composant le plus coûteux. Comme les dépenses de matériaux et de production liées à la fabrication d'une batterie de VE représentent une part importante du coût total du véhicule, il est essentiel de bien concevoir la batterie tout en limitant les coûts pour obtenir un véhicule électrique compétitif en termes de prix.

Pour fabriquer des batteries de VE, il faut trouver un équilibre entre le désir d'une capacité de charge élevée, d'un faible temps de charge et d'une grande autonomie. Le matériau doit être soigneusement sélectionné pour être aussi pur que possible. Chaque étape de la fabrication doit être parfaitement maîtrisée pour des raisons de sécurité et de fiabilité.

Aujourd'hui, la technologie lithium-ion est appelée à devenir la norme pour les voitures tout-électriques, mais tandis que la technologie lithium-ion continue de s'améliorer, une autre technologie de batterie semble être l'avenir de l'autonomie des voyages : les batteries à semi-conducteurs. Cette technologie permettra d'augmenter à la fois la capacité de stockage et la stabilité des cellules lithium-ion. La pile à combustible à hydrogène est une autre technologie faisant l'objet d'investissements élevés en R&D.

La tomographie à rayons X, en particulier la nano-tomographie à rayons X, également appelée nano-CT, joue un rôle important dans l'amélioration de la technologie. L'utilisation de la microtomographie de laboratoire a été validée pour l'analyse de la microstructure 3D dans les cellules Li-ion avec des électrodes en silicium, à la fois pour des analyses ex-situ sur un échantillon inerte et pour des expériences in-situ. Cette avancée permet aux laboratoires et aux centres de recherche d'accélérer considérablement leurs travaux de recherche et de développement. Les rayons X, en tant que technologie non-destructive, permettent d'inspecter les structures externes et internes des électrodes, des membranes ou même d'un assemblage complet de batteries sans aucune conséquence pour la pièce.

Les technologies non destructives, comme le scanner à rayons X, permettent d'accélérer le développement et la mise en œuvre de nouvelles technologies de batteries. Elle contribue ainsi à réduire le coût des technologies d'e-transport.

L'inspection par rayons X peut prendre en charge chaque étape de la fabrication, du développement et de l'optimisation des nouvelles batteries à la ligne d'assemblage finale, pour être sûr de sortir une pile parfaite.

Découvrez l'intérieur d'une batterie électrique grâce à la tomographie

Piles a combustibles

Sur un véhicule électrique à pile à combustible (FCEV), le système de pile à combustible fournit toute l'énergie nécessaire pour alimenter le moteur électrique. La tomographie par rayons X contribue à garantir la sécurité de la technologie des piles à combustible avant sa mise sur le marché, grâce à une inspection globale des principaux composants du véhicule électrique à pile à combustible. Le Micro-CT et le Nano-CT à rayons X sont des technologies très efficaces pour l'amélioration de la R&D des technologies actuelles ainsi que pour l'inspection directement sur les lignes de production des véhicules électriques à combustion interne.

Le système de piles à combustible fournit toute l'énergie nécessaire pour alimenter le moteur électrique. L'empilement de piles à combustible est le composant le plus important. Une seule pile à combustible génère une faible quantité d'énergie, c'est pourquoi les ingénieurs les empilent en couches par plaques bipolaires. Dans une voiture particulière, un empilement complet peut aller jusqu'à 400 piles à combustible ensemble. Pour des besoins de puissance plus élevés, le nombre d'empilements peut être augmenté en conséquence.

La fabrication des piles à combustible est assez complexe, car il faut toujours respecter les aspects de sécurité et de fiabilité. La fabrication d'un système aussi complexe qu'un empilement de piles à combustible à grande échelle n'est pas une tâche facile. Chaque pile à combustible doit être parfaitement efficace. La tomographie par rayons X, en tant que technologie non destructive, peut être intégrée à chaque étape du cycle de vie des véhicules à combustible liquide afin de renforcer le processus de fabrication.

Moteur électrique

Le principe de fonctionnement des moteurs électriques est relativement simple, il est composé d'un stator électrique et d'un rotor à épingles intégrées qui génère une poussée à partir de l'énergie électrique fournie par les batteries. Chaque moteur est constitué d'un rotor en rotation et d'un stator monté dans le boîtier qui crée un champ magnétique lorsque le courant circule dans les bobines.

Grâce aux technologies actuelles, la conception des épingles est différente de celle des générations précédentes. Les stators en épingle à cheveux ont complètement remplacé les enroulements conventionnels en fil rond dans les véhicules électriques actuels. Ces épingles à cheveux de haute précision garantissent des performances accrues, un flux d'énergie continu et une reproductibilité élevée.

Les fabricants de moteurs électriques s'assurent du plus haut niveau de conductivité possible, ce qui repose sur la qualité de la soudure en épingle à cheveux avec de faibles porosités aux points critiques. L'inspection par tomographie à rayons X des épingles à cheveux peut être utile à plusieurs niveaux : évaluation du positionnement précis des épingles, géométrie et distances des points de soudure, vides et porosités internes susceptibles d'endommager le courant électrique, positionnement général de l'épingle à cheveux par rapport au stator.

L'inspection par tomographie à rayons X des épingles à cheveux n'est pas aussi facile qu'il n'y paraît, car les soudures des épingles à cheveux sont toujours effectuées après l'assemblage et les épingles à cheveux sont toujours scannées avec le boîtier. Le boîtier est une pièce massive assez difficile à scanner qui peut créer de nombreux artefacts sur le scan du rotor.

L'inspection par scanner à rayons X en ligne peut être très utile pour inspecter avec précision les épingles et rechercher automatiquement les porosités et les défauts à l'intérieur du cordon de soudure, de manière non destructive.

CHaine de traction electrique

Les groupes motopropulseurs électriques sont utilisés dans des véhicules de toutes tailles et existent dans diverses configurations, de deux roues motrices à quatre roues motrices. Cet assemblage complexe nécessite une précision et une fiabilité élevée pour pouvoir fournir tout au long de la durée de vie du véhicule des performances suffisantes et répondre aux normes de qualité des constructeurs automobiles.

Les composants et les sous-ensembles peuvent être inspectés en profondeur avec la technologie rayons X pour améliorer leur efficacité et leur fiabilité.

Avantages liés à l'inspection des composants de véhicules électriques par tomographie à rayons X

- D'un composant unique à un assemblage complet

- Une technologie qui peut être utilisée à chaque étape du cycle de vie de votre produit

- Un regard plus efficace à l'intérieur : inspection holistique des composants, tant pour les structures internes qu'externes.

- Un seul scan offre un large éventail d'analyses de toutes sortes

- Automatisation facile des tâches répétitives, y compris la reproduction aisée d'analyses sur des structures d'objets périodiques.

- Coûts et délais d'inspection considérablement réduits

La tomographie à rayons X est une technique d'évaluation non destructive qui peut générer des vues internes et externes détaillées de la microstructure 3D complète, sans qu'il soit nécessaire de la démonter. Le scanner à rayons X est la meilleure technologie pour obtenir un examen rapide, non destructif et détaillé des structures internes et externes d'un composant ou d'un assemblage industriel.

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