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

【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。