基于ERT的动力电池内部视电阻率温度特性与安全状态监测研究

发布时间：2017-09-09 12:24

  本文关键词：基于ERT的动力电池内部视电阻率温度特性与安全状态监测研究

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【摘要】：电动汽车是新能源汽车产业的发展核心,动力电池组作为其能量来源,频繁因过热短路产生漏液、起火甚至爆炸等安全事件,制约着新能源汽车的快速发展。本文以“基于ERT的动力电池内部视电阻率温度特性与安全状态监测研究”为题,采用电阻层析成像技术研究动力电池内部视电阻率温度特性,实现动力电池内部温度测量并确定高温鼓包失效状态临界条件,为动力电池安全状态评判提供参考依据。研究工作得到2012年度粤港关键领域项目(2012A090200005)、中央高校基本科研业务费资助重点项目(2014ZG0016)以及佛山市科技计划项目(2014HK100265)、广州市事故模拟仿真与物证溯源技术重点实验室项目(201509010008)的资助。论文分析动力电池安全测试方法、温度检测技术以及电阻层析成像技术的国内外研究进展,设计视电阻率检测系统平台和FPC柔性传感器,对动力电池内部视电阻率温度特性进行实验分析,评判动力电池组高温失效状态临界条件。论文主要内容如下:①基于四电极法优化ERT传感电极,确定圆形紫铜电极作为电极阵列基本单元;研制动力电池视电阻率测量系统,并进行系统性能测试。测试结果表明,系统重复测量误差为0.0824‰,上位机图像反演误差为1%,满足实际测试需求。②基于二维有限元模型进行动力电池生热仿真和ERT电场仿真,设计二维ERT实验确定钢壳锰酸铁锂动力电池内部视电阻率温度特性符合Logistical曲线规律。剩余电量影响视电阻率温度特性曲线在垂直方向上的偏移程度。提出钢壳锰酸铁锂动力电池内部温度关系式,散热过程中计算内部温度与实测表面温度相差4K。③基于三维ERT设计FPC柔性传感器并进行性能测试。传感器结构精巧,材质柔韧、机械应力强。测试重复测量误差低于0.023%,不受电极片高温氧化影响。可获取高灵敏度视电阻率模型,图像反演误差不超过2.06%。④设计三维ERT实验研究铝壳磷酸铁锂动力电池内部视电阻率与温度、剩余容量关系,通过三维视电阻率分布图像监测动力电池组在放电过程中的温度变化。确定铝壳磷酸铁锂动力电池内部温度计算式,剩余容量影响动力电池视电阻率低温特性。在动力电池组放电过程中,其内部温度计算值与表面温度相差5.7K,并产生15min热传播延迟。⑤研究动力电池内部视电阻率高温特性(90℃~160℃),确定动力电池组高温鼓包失效临界条件:失效过渡区间145℃~150℃,鼓包温度145℃,失效温度150℃。研制的视电阻率测试系统、FPC柔性传感器结合基于视电阻率的动力电池内部温度检测理论可应用于动力电池组安全状态在线监测,为动力电池组在线安全运行提供技术保障和支持。
【关键词】：视电阻率 温度检测 安全状态 动力电池 电阻层析成像
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;TM912
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符号缩写表12-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 课题背景及研究意义13-15
• 1.2 国内外研究进展15-21
• 1.2.1 动力电池安全测试方法国内外发展动态15-16
• 1.2.2 动力电池温度检测国内外发展动态16-19
• 1.2.3 电阻层析成像技术国内外发展动态19-21
• 1.3 论文主要研究内容21-23
• 第二章 动力电池内部视电阻率检测平台设计23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 基于ERT的视电阻率测量模式23-26
• 2.2.1 四电极探针法23-25
• 2.2.2 探测深度与电流密度25-26
• 2.3 ERT传感器电极优化设计26-28
• 2.3.1 电极材料26-27
• 2.3.2 电极形状与大小27-28
• 2.4 检测系统平台设计28-32
• 2.4.1 硬件系统模块设计28-31
• 2.4.2 软件系统模块设计31-32
• 2.5 检测系统性能测试32-34
• 2.5.1 重复性试验32-33
• 2.5.2 图像反演效果33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 二维ERT动力电池内部视电阻率温度特性研究35-55
• 3.1 引言35
• 3.2 基于二维ERT的动力电池热模型35-39
• 3.2.1 动力电池生热原理35-36
• 3.2.2 动力电池二维有限元模型36-39
• 3.3 仿真实验与结果分析39-41
• 3.3.1 热仿真与ERT电场仿真39-40
• 3.3.2 视电阻率与温度关系40-41
• 3.4 动力电池二维ERT实验设计41-44
• 3.4.1 实验材料与设备42-43
• 3.4.2 实验方案43-44
• 3.5 实验结果与分析44-54
• 3.5.1 均匀温度对视电阻率的影响44-48
• 3.5.2 动力电池内部温度的确定48-50
• 3.5.3 剩余电量对视电阻率的影响50-53
• 3.5.4 视电阻率温度特性效果评估53-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第四章 三维ERT动力电池内部视电阻率温度特性研究55-73
• 4.1 引言55
• 4.2 三维面阵列ERT传感器设计55-56
• 4.3 传感器性能测试56-64
• 4.3.1 静态温度下的重复性测试57-59
• 4.3.2 动态温度下的误差评估59-60
• 4.3.3 高温氧化误差影响60-61
• 4.3.4 模型视电阻率的反演图像评估61-64
• 4.4 动力电池三维ERT实验设计64-66
• 4.4.1 实验材料与设备64-65
• 4.4.2 实验方案65-66
• 4.5 实验结果与分析66-71
• 4.5.1 均匀温度分布对视电阻率影响66-67
• 4.5.2 剩余容量与视电阻率温度特性67-70
• 4.5.3 动力电池组放电实验评估70-71
• 4.6 本章小结71-73
• 第五章 动力电池组高温鼓包失效状态评估73-84
• 5.1 引言73
• 5.2 动力电池组高温实验设计73-75
• 5.2.1 实验材料与设备73-74
• 5.2.2 实验方案74-75
• 5.3 高温环境下动力电池视电阻率温度特性研究75-78
• 5.3.1 钢壳锰酸铁锂动力电池组高温测试75-77
• 5.3.2 铝壳磷酸铁锂动力电池组高温测试77-78
• 5.4 动力电池高温鼓包失效状态评估78-82
• 5.4.1 动力电池高温鼓包失效状态79-80
• 5.4.2 视电阻率分布图像评估80-82
• 5.5 本章小结82-84
• 结论与展望84-86
• 参考文献86-90
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果90-91
• 致谢91-92
• 附件92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 吴凯;张耀;曾毓群;杨军;;锂离子电池安全性能研究[J];化学进展;2011年Z1期

2 李英,黄志尧,王保良,李海青;两相流检测18电极ERT系统软场特性研究[J];浙江大学学报(工学版);2002年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 汪婧;ECT/ERT双模态阵列电极优化设计及其正问题研究[D];天津大学;2008年

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本文编号：820426