激光焊接技术是电池壳体、防爆阀以及串并联结构的关键加工工艺,其焊接质量直接影响电池的密封性、导电性,从而影响整车的性能以及安全性。为保证焊接结构质量,须对焊接结构进行有效检测。脉冲涡流检测技术(Pulsed Eddy Current Testing...
详细信息
激光焊接技术是电池壳体、防爆阀以及串并联结构的关键加工工艺,其焊接质量直接影响电池的密封性、导电性,从而影响整车的性能以及安全性。为保证焊接结构质量,须对焊接结构进行有效检测。脉冲涡流检测技术(Pulsed Eddy Current Testing,PECT)具有检测信号丰富、有效检测范围大、设备成本低、检测速度快等特点,是实现自动化动力电池组激光焊接结构检测的有效手段。动力电池组焊接结构复杂、材料电磁属性存在差异性,且受到噪声的影响,使得检测信号特征微弱,为确保对动力电池组焊接结构脉冲涡流检测系统的准确性,研究动力电池组激光焊接结构瞬态涡流场响应特性并获取检测系统探头的优化参数,为动力电池组激光焊接脉冲涡流系统检测设计与研制以及测量提供理论基础和技术支持。
本文旨在研究动力电池组激光焊缺陷检测的建模方法和优化方案。通过实验获取动力电池组激光焊缝的几何参数和电磁参数,建立有效的动力电池组激光焊接结构脉冲涡流检测有限元模型。同时,研究动力电池组激光焊接结构脉冲涡流检测激励线圈参数的优化方法,实现动力电池组激光焊接结构脉冲涡流检测系统的有效优化,具体内容包括以下几个方面:
1.基于麦克斯韦方程和电磁场有限元理论,采用Ansys Maxwell软件,建立了动力电池组激光焊接结构脉冲涡流检测三维有限元模型,采用影像测量获取动力电池组激光焊缝熔宽和熔深参数,采用四针法获取焊缝区域电导率,确定了建立的方形动力电池组激光焊接结构脉冲涡流检测有限元模型具体参数。通过仿真计算结果和动力电池组脉冲涡流检测实验数据结果对比分析,验证了建立的动力电池组激光焊接结构脉冲涡流检测有限元模型有效性。
2.对动力电池组连接片激光焊接缺陷结构脉冲涡流场进行了计算,分别选取连接片焊接表面径向磁感应强度分布以及激光焊缺陷结构截面缺陷处和检测线圈底部中心处的磁感应强度,分析总结了激励线圈的几何参数、激励电流、激励频率、提离高度等因素对激光焊接结构磁场响应的影响规律。同时,提取脉冲涡流检测线圈的差分感应电压峰值作为检测参数,分析总结了激励线圈参数与检测信号之间的响应规律。
3.研究了一种基于Kriging代理模型的脉冲涡流检测系统激励线圈优化方法。选取激励线圈内径、外径和高度为优化参数,并以差分感应电压峰值为优化目标,采用Kriging方法构建了脉冲涡流检测的激励线圈的参数优化模型。采用对称拉丁超立方设计(Symmetric Latin Hypercube Design,SLHD)和高效全局优化(Efficient Global Optimization,EGO)方法提高了模型求解速率和精确度,实现对脉冲涡流检测系统激励线圈的有效优化设计。
近年来,随着低碳发展的趋势,电动汽车等行业的快速发展为动力电池带来了发展前景,动力电池组成为新能源发展下的主流研究对象。由于动力电池组个数一般较多,电池的不一致问题尤为突出,影响着动力系统的安全性和可靠性。为了保证电池系统的长久使用和安全性,电池均衡技术就显得尤为重要。针对动力电池组的不一致问题,本文对电池组均衡控制策略进行研究和设计,具体研究内容包括:首先,阐述了电池组不一致问题和不一致的参数,并且确定了电池荷电状态(State of Charge,SOC)作为均衡参数;通过比较分析不同的均衡结构,设计了分层结构的冗余均衡电路;为了估计电池的荷电状态,采用无迹卡尔曼滤波算法,搭建SOC估算模型并进行仿真验证,验证了该估算算法和模型在两种不同工况下满足估算精度的要求。其次,为了进一步改善冗余均衡电路的均衡效果,在传统等能量均衡控制的基础上,设计了K-means聚类的等能量控制策略;搭建了其仿真模型,通过仿真实验对本文控制策略和传统等能量控制在不同初始SOC分布下的均衡效果对比分析,验证了本文采用的控制策略在开关次数和均衡时间上均优于等能量控制;在三种不同初始极差下的仿真实验,验证了控制策略的可行性,为后续实验确定方向。最后,以18串三元锂电池为实验对象,搭建了电池组均衡系统。在实验平台对不同放电倍率、初始极差、不同控制策略和不同目标极差下的均衡效果验证分析。实验结果表明:本文采用控制策略在较低放电倍率下会导致放电均衡时间和开关次数大幅增加,初始SOC极差越大开关次数和均衡时间越多;在不同目标极差和初始极差下,K-means聚类的等能量控制明显优于传统均衡控制,尤其在高初始极差和低目标极差的情况下减少了57.14%的均衡时间,总开关次数减少60%,验证了本文的均衡控制策略和均衡系统设计的可行性与合理性。
暂无评论