通过分相阵列超声波传感技术对大格式离子电池进行快速和智能状态表征
Zihan Zhou1, Wen Hua1, Simin Peng2
1Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China.
Sensors (Basel, Switzerland)
|November 9, 2024
概括
这项研究引入了阶段阵列超声波技术 (PAUT) 用于监测离子电池 (LIB). PAUT准确地估计电池充电状态 (SOC),并在异常条件下检测气体形成.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电气工程 电气工程
- 非破坏性测试 不破坏性测试
背景情况:
- 离子电池 (LIB) 对电动汽车和储能至关重要,需要精确的状态监控.
- 目前用于LIB状态表征的方法在准确性和实时监控能力方面存在局限性.
- 精确监测电池状态,包括充电状态 (SOC) 和内部条件,对于安全和性能至关重要.
研究的目的:
- 开发和验证使用阶段阵列超声波技术 (PAUT) 大格式LIBs的新型表征方法.
- 为了建立超声波信号,阶段阵列图像和电池状态 (SOC,气体生成) 之间的相关性.
- 为实时LIB状态监控提供一种非破坏性和准确的方法.
主要方法:
- 在多层多孔介质中模拟超声波传播的有限元模型的开发,用于大型格式的LIB.
- 在各种操作条件下进行相位阵列超声波成像,包括异常气体生成.
- 在0.5C的充放电率下对40Ah三元电池 (NCMB) 进行实验测试,以提取超声波数据和SOC.
- 设计和训练一个完全连接的神经网络 (FCNN) 模型用于SOC估计.
主要成果:
- 通过模拟和实验验证,超声波信号,阶段阵列图像和电池状态之间建立了密切的关系.
- FCNN模型实现了电荷状态 (SOC) 估计误差低于4%.
- 阶段阵列成像检测到气泡形成,从0.9V开始,并在过度充电/过度放电时在0.2V显著增加.
结论:
- 阶段阵列超声波技术 (PAUT) 提供了一种有前途的新方法,用于准确,非破坏性地表征大格式离子电池.
- 开发的方法使可靠的电荷状态 (SOC) 估计和早期检测关键的内部变化,如气体发电.
- 这项研究为提高LIBs在苛刻应用中的安全性和运营效率提供了有价值的工具.
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