CT-Prüfung von Batteriezellen

TL;DR – Batteriezellen, Module und Packs lassen sich per industrieller Computertomografie (CT) zerstörungsfrei auf innere Defekte, geometrische Abweichungen und Montagequalität prüfen. Q-Techs Mess-Experten arbeiten in Roding mit zwei ZEISS-METROTOM-Systemen (Röhrenspannung bis 225 kV, Bauteilgröße bis Ø 615 × 870 mm) – DAkkS-akkreditiert nach DIN EN ISO/IEC 17025. Ob prismatische Zelle, Pouch-Zelle, Rundzelle oder komplettes Pack: ein CT-Scan liefert ein vollständiges 3D-Volumenbild inklusive Soll-Ist-Vergleich, ohne das Bauteil zu beschädigen.

Warum computertomografische Prüfung in der Batterieproduktion?

Mit dem Wachstum der Elektromobilität und stationärer Energiespeicher steigen auch die Anforderungen an Batteriezellen: höhere Energiedichte, längere Lebensdauer, engere Toleranzen in der Fertigung. Jeder Fehler im Inneren einer Zelle – ein Mikroriss in der Elektrode, eine Lunkerstelle im Separator, eine verschobene Wicklung – kann zu Kapazitätsverlust, thermischem Durchgehen oder gar einem Rückruf führen. Herkömmliche Inspektionsverfahren stoßen hier schnell an Grenzen: Sichtprüfungen sehen nicht ins Innere, taktile Messungen erfassen nur die Oberfläche, zerstörende Querschliffe machen genau ein Bild und vernichten dabei das Bauteil.

Die industrielle Computertomografie liefert dagegen ein lückenloses 3D-Volumenbild der gesamten Zelle – inklusive aller innen liegenden Schichten, Elektroden, Separatoren, Verschweißungen und Gehäuse. Sie sehen nicht einzelne Schnitte, sondern das komplette Bauteil in Submillimeter-Auflösung. Genau diese Fähigkeit macht CT heute zum Standardverfahren in der Qualitätssicherung moderner Zell- und Packfertigung.

Welche Defekte ein CT-Scan in Batteriezellen sichtbar macht

Die typischen Fehlerbilder, die Q-Techs Mess-Experten in Batteriezellen feststellen, lassen sich in drei Gruppen zusammenfassen:

Geometrische und strukturelle Abweichungen

• versetzte oder verdrillte Elektrodenlagen (Elektroden-Shift, „Winding misalignment“)
• ungleiche Wickelspannung bei Rundzellen, erkennbar an variierenden Lagenabständen
• Verformungen des Gehäuses, Dellen, Beulen bei prismatischen Zellen
• Abweichungen von Tab-Position, Kontaktdruck oder Schweißnahtgeometrie

Innere Defekte und Fehlstellen

• Mikrorisse in Elektroden, Stromabnehmern oder Schweißnähten
• Lunker und Poren im Separator, in Vergussmassen oder in Löt- und Schweißverbindungen – vgl. Lunker- und Porositätsanalyse
• Fremdkörpereinschlüsse (Partikel, Fasern, Metallspäne), die im Zellinneren Kurzschlüsse auslösen können
• Delaminationen zwischen Elektrode und Separator sowie Faltenbildung im Stack

Montage- und Assemblierungsfehler

• falsche Polung, verdrehte Zellen im Modul, fehlende Isolatoren
• Kühkanal-Verstopfungen, Lufteinschlüsse im Thermal Interface Material
• unvollständige Verschweißungen an Zellverbindern und Busbars

Alle genannten Defekte lassen sich im 3D-Volumen verorten und mit CAD-Soll-Daten abgleichen – die Grundlage für eine belastbare Defektanalyse.

CT versus taktile und optische Messtechnik: ein Vergleich

Kein Messverfahren löst alle Aufgaben. Die folgende Tabelle zeigt, wann welches Verfahren bei Batteriezellen typischerweise zum Einsatz kommt. Q-Tech betreibt alle drei Technologien in einem Haus – sowohl CT als auch Koordinatenmessgeräte in DAkkS-akkreditiertem Umfang, vgl. akkreditierter Messdienstleister.

KriteriumIndustrielle CTTaktile KMG-MessungOptische 3D-Messung (Streifenlicht)Zugang zum Innerenvollständig, zerstörungsfreinur Oberfläche / Querschliffnur OberflächeBauteilschonendjabedingt (Antastkräfte)jaMessunsicherheit (dimensional)abhängig von Bauteilgröße, Material, Voxelgröße – erreichbar im unteren μm- bis zweistelligen μm-Bereichtypisch ≤ 1 μm + L/xxx bei großen KMGim μm-Bereich bei kleinen ObjektenErreichbare Bauteilgrößebei Q-Tech: bis Ø 615 × 870 mmje nach KMG bis mehrere Meterlimitiert durch Optik / ScannerGeeignet für weiche / deformierbare Materialien (Pouch, Gel)ja, kontaktlosRisiko der Verformungja, kontaktlosReverse Engineering3D-Volumen inkl. InnenlebenPunktwolke der Oberfläche3D-OberflächenmodellNormative GrundlageVDI/VDE 2630 Blatt 1.1 ff.ISO 10360-ReiheVDI/VDE 2634-Reihe

Für die reine Innenprüfung einer montierten Batteriezelle gibt es keine praktikable Alternative zur CT. Für hochgenaue Außen;maße;e am Gehäuse oder an Kontaktflächen ergänzen KMG und optische Verfahren das Bild.

Eingesetzte CT-Systeme bei Q-Tech

Q-Techs klimatisiertes Messlabor in Roding arbeitet mit zwei CT-Systemen von ZEISS, ausgelegt auf unterschiedliche Bauteilgrößen und Spannungsanforderungen:

• ZEISS METROTOM 800 – Römhrenspannung bis 130 kV, Bauteilgröße bis Ø 275 × 360 mm. Bevorzugt für einzelne Zellen, kleine Module und elektronische Baugruppen.
• ZEISS METROTOM 1500 – Römhrenspannung bis 225 kV, Bauteilgröße bis Ø 615 × 870 mm. Deckt vollständige Batteriepacks, größere Automotive-Module und stationäre Speicherbaugruppen ab.

Die Auswertung erfolgt in ZEISS Inspect X-Ray – der nativen CT-Software des Herstellers. Voxelgröße, erreichbare Messunsicherheit und Auflösung sind drei verschiedene Kenngrößen und dürfen nicht verwechselt werden. Konkrete Messunsicherheitsangaben hängen stets von Bauteil, Material und Aufgabenstellung ab und werden auftragsbezogen bestimmt.

So läuft eine CT-Prüfung einer Batteriezelle bei Q-Tech ab

1. Briefing und Proben-Handling. Sie liefern oder senden die Zelle bzw. das Modul; wir stimmen Messaufgabe, geforderte Genauigkeit und Berichtsumfang mit Ihnen ab. Auf Wunsch erfolgt die Anlieferung klimatisch konditioniert und unter Beachtung der Transportvorschriften für Lithium-Ionen-Batterien.
2. Aufspannung und Scan. Die Mess-Experten von Q-Tech spannen das Bauteil lagestabil, definieren Römhrenspannung, Strom, Projektionszahl und Voxelgröße passend zu Material und Geometrie und fahren den Scan. Die Dauer hängt von Auflösung, Projektionszahl und Bauteilgröße ab und wird vorab transparent kommuniziert.
3. Rekonstruktion und Auswertung. In ZEISS Inspect X-Ray wird das 3D-Volumen rekonstruiert. Wir visualisieren Defekte in Falschfarbendarstellung, führen Soll-Ist-Vergleiche gegen CAD durch und bemaßen;en relevante Merkmale.
4. Bericht und Datenaustausch. Sie erhalten einen strukturierten Messbericht (auf Wunsch DAkkS-Prüfbericht nach DIN EN ISO/IEC 17025) sowie das vollständige 3D-Volumen als STL. Für den sicheren Datenaustausch steht Ihnen Q-T·SEC zur Verfügung. CT-Daten werden bei Q-Tech turnusmäßig ein Jahr vorgehalten.

Für wiederkehrende Stückzahlen in der Serienfertigung bietet sich die automatisierte CT-Serienmessung an – interessant für Zellhersteller, die einen festen Prüfplan einhalten müssen.

Relevante Normen für die CT-Prüfung von Batteriezellen

Die CT-Messung folgt klar definierten Regelwerken. Die wichtigsten drei:

• VDI/VDE 2630 Blatt 1.1 – Terminologie und Grundlagen der CT in der dimensionellen Messtechnik.
• VDI/VDE 2630 Blatt 1.2 – Einflussgrößen auf das Messergebnis und Empfehlungen für CT-Messungen.
• DIN EN ISO/IEC 17025 – allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien; Grundlage der DAkkS-Akkreditierung von Q-Tech (Akkreditierungsnummer D-PL-19600-01-00).

Für Kunden aus der Automobilproduktion ist zusätzlich die IATF 16949 relevant, die den QM-Rahmen für Serienteillieferanten definiert. CT-Daten fließen;en in deren APQP/PPAP-Dokumentation ein und unterstützen die Absicherung der Werkzeugfreigabe – vgl. EXPERTBOOSTER Werkzeugfreigabeprozess.

Häufige Fragen zur CT-Prüfung von Batteriezellen

Was kostet ein CT-Scan einer Batteriezelle?

Der Preis hängt von Bauteilgröße, geforderter Auflösung, Berichtsumfang und Stückzahl ab. Für wiederkehrende Stückzahlen bietet Q-Tech gestaffelte CT-Scan-Pakete (Silber, Gold, Platin) an. Für eine unverbindliche Einschätzung senden Sie uns Zeichnung und Aufgabenstellung, dann klären wir Prüfbarkeit und Aufwand gemeinsam.

Welche Batterietypen können per CT geprüft werden?

Rundzellen (z. B. 18650, 21700, 4680), prismatische Zellen, Pouch-Zellen, Zellmodule und vollständige Batteriepacks bis zu den Bauraumgrenzen des eingesetzten Systems (Ø 615 × 870 mm am ZEISS METROTOM 1500). Bei größeren Systemen wie Truck- oder Schiffs-Batteriemodulen klären wir die Machbarkeit im Einzelfall.

Ist die CT-Prüfung bei Q-Tech DAkkS-akkreditiert?

Ja. Q-Tech ist nach DIN EN ISO/IEC 17025 DAkkS-akkreditiert (Nummer D-PL-19600-01-00) – und zwar sowohl für die CT-basierte 3D-Koordinatenmesstechnik als auch für taktile KMG-Messungen. Den genauen Akkreditierungsumfang finden Sie unter /akkreditierung.

Wie lange dauert ein CT-Scan einer Batteriezelle?

Eine pauschale Zeitangabe ist technisch nicht seriös. Scan-Dauer, Rekonstruktion und Auswertung hängen von Bauteilgröße, Material, geforderter Voxelgröße und Projektionszahl ab. Einen realistischen Zeitrahmen nennen wir nach Sichtung Ihrer Aufgabenstellung.

Welche Defekte erkennt ein CT-Scan in einer Batteriezelle?

Mikrorisse in Elektroden und Schweißnähten, Lunker und Poren, Fremdkörpereinschlüsse, Delaminationen, verdrillte oder versetzte Elektrodenlagen, Gehäuseverformungen sowie Fehler an Busbars, Kühkanälen und Isolationsmaterial. Detaillierter beschrieben im Spotlight Defektanalyse – Luftblasen, Risse, Materialfehler im CT.

Ihr nächster Schritt

Wenn Sie eine Batteriezelle, ein Modul oder ein Pack auf Herz und Nieren prüfen lassen möchten: senden Sie uns Zeichnung, Aufgabenstellung und gewünschte Berichtsform. Die Mess-Experten von Q-Tech klären mit Ihnen Machbarkeit, Auflösung und Aufwand – bei Neukunden auch im Rahmen eines kostenlosen Erst-Scans.

Kontakt:
Q-Tech Roding GmbH
Weiherhausstraße 2a, 93426 Roding
Telefon: +49 9461 914 93-0
E-Mail: info@q-tech-roding.de
Online-Termin: q-tech-roding.de/online-termin